近日，我院杜平武教授課題組設計制備出具有高轉(zhuǎn)化率的非貴金屬光催化制氫材料，研究成果以封面標題形式發(fā)表在英國皇家化學學會（RSC）旗下著名國際學術期刊《Energy & Environmental Science》上。該工作題目為“Extraordinarily efficient photocatalytic hydrogen evolution in water using semiconductor nanorods integrated with crystalline Ni2P cocatalysts”，通過溫和的方法巧妙地將新型非貴金屬助催化劑磷化鎳Ni2P均勻地負載在硫化鎘CdS半導體上，展現(xiàn)出了優(yōu)越的光催化產(chǎn)氫性能和穩(wěn)定性。(Energy & Environmental Science, 2015,8, 2668-2676. DOI: 10.1039/C5EE01310K).
傳統(tǒng)的石油和化石能源的消費引起了地球溫暖化、環(huán)境污染和能源短缺等問題,是當前人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。在此背景下,以低能耗、低污染為基礎的低碳經(jīng)濟正成為全球關心和研究的熱點。氫氣作為一種高效清潔的二次能源載體,被認為是未來人類重要的清潔能源來源。因此，開發(fā)和利用無污染的氫能源是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的一種重要途徑。開發(fā)無污染、低成本的制氫技術日益受到各國的高度關注。通過設計高效低成本光催化體系吸收光分解水制氫，使人們看到了將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的可能。
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該研究組前期發(fā)現(xiàn)過渡金屬磷化物作為助催化劑有著很好的光催化產(chǎn)氫的性質(zhì)，將磷化亞銅、磷化鉬等磷化物負載在半導體上，可以有效的提升半導體光催化產(chǎn)氫的效率 (J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 10243-10247；J. Mater. Chem. A，2015,3, 16941-16947)。基于前期工作，該研究組利用溶劑熱法巧妙地將新型Ni2P助催化劑負載在了CdS半導體上，得到了分布均勻，接觸緊密的Ni2P/CdS復合結(jié)構，從實驗數(shù)據(jù)和光譜表征證明了該結(jié)構能有效的促進CdS光生電子的轉(zhuǎn)移，從而抑制電子空穴對的復合，提高光催化制氫性能。通過外加電子受體結(jié)合超快瞬態(tài)光譜，研究了光催化過程的反應機理，發(fā)現(xiàn)了快速電子轉(zhuǎn)移過程。在Na2S/Na2SO3電子給體存在的條件下，催化劑實現(xiàn)了高效的光催化制氫（產(chǎn)氫速率達到1,200 μmol h-1 mg-1, 轉(zhuǎn)化數(shù)TON 達到~3,270,000 in 90 hours，TOF ~36,400 h-1 for Ni2P）。由于原料價格低廉，性能優(yōu)異，制備簡單，該材料作為光催化制氫材料展現(xiàn)出重要前景。
論文第一作者為碩士研究生孫子君。上述研究工作受到能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心、國家自然科學基金委面上項目、新世紀優(yōu)秀人才等的支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c5ee01310k
(化學與材料科學學院)
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