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　　氫能是一種非常清潔且可儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?，因此利用太?yáng)能分解水制備氫氣已然成為一種備受關(guān)注的清潔新能源技術(shù)。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料是目前應(yīng)用最廣的光催化活性物質(zhì)，通常高光催化活性的半導(dǎo)體都具有寬帶隙，使其只能吸收紫外光等短波太陽(yáng)光，而紫外光只占太陽(yáng)光全譜的5%左右，造成了充分利用太陽(yáng)能的困難。因此，非常有必要發(fā)展能夠廣譜吸光并完成光催化轉(zhuǎn)化的有機(jī)半導(dǎo)體材料。在目前眾多方案中，由寬帶隙半導(dǎo)體與窄帶隙半導(dǎo)體所組成的Z型結(jié)構(gòu)體系是實(shí)現(xiàn)全譜光催化的有效途徑之一。近日我院熊宇杰教授課題組基于陽(yáng)離子交換合成路線，構(gòu)筑了一類無(wú)貴金屬的Z型光催化劑，在廣譜光解水制氫方面展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。該工作在線發(fā)表于重要化學(xué)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201700150），共同第一作者是本科生袁啟宸和博士生劉東。

　　無(wú)貴金屬的Z型廣譜光解水制氫材料原理圖示

　　Z型光催化體系的能量轉(zhuǎn)換效率主要取決于兩個(gè)材料結(jié)構(gòu)因素：（1）決定兩種半導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移效率的清晰界面結(jié)構(gòu)；（2）提供發(fā)生還原和氧化反應(yīng)位點(diǎn)的兩種半導(dǎo)體的暴露表面結(jié)構(gòu)。在過去發(fā)展的Z型光催化材料中，業(yè)界往往在兩種半導(dǎo)體之間引入貴金屬，以提高界面電荷轉(zhuǎn)移效率。然而，貴金屬的引入不但提高了材料成本，而且有可能會(huì)在貴金屬處發(fā)生逆反應(yīng)。因此，非常有必要在滿足以上兩個(gè)材料結(jié)構(gòu)條件的同時(shí)，避免在其界面上使用貴金屬。

　　熊宇杰課題組針對(duì)該系列挑戰(zhàn)，以Cu₇S₄納米晶體為前驅(qū)物，通過陽(yáng)離子交換合成路線，將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃u₇S₄與γ-MnS構(gòu)筑而成的雙面神異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不但同時(shí)滿足了暴露表面和清晰界面結(jié)構(gòu)要求，而且無(wú)需使用貴金屬即可高效完成太陽(yáng)能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。該兩種半導(dǎo)體的帶隙差異可以有效地實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)型吸光，在全譜光照條件下展現(xiàn)出改善的光催化產(chǎn)氫性能。該研究進(jìn)展為廣譜光催化材料的設(shè)計(jì)開辟了一條新的思路，也對(duì)復(fù)合光催化劑的表界面設(shè)計(jì)研究具有推動(dòng)作用。

　　該工作的同步輻射光電子能譜表征得到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱俊發(fā)教授的合作支持。研究工作得到了科技部973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

　　附文章鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201700150/full。