曲芷含介晶超结构钛酸锶催化剂实现高效光解水产氢-贵金属点点通

曲芷含
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光解水产氢使用传统光催化剂时,大多数电子在产生的同时和催化剂表面的空穴重新组合而消失,难以提高转化效率。日本神户大学分子科学研究中心Tachikawa教授和大阪大学Majima教授领导的联合研究小组开发了一种新型光催化剂,实现了将光解水制氢的产量提高了十倍。
研究人员开发了一种利用介晶的纳米级空间“拓扑定向外延生长”的新方法,以人为破坏晶体尺寸和排列的均一性,仅需简单的一步水热反应可在具有不同结构的化合物氧化钛(TiO2)的纳米级空间合成钛酸锶(SrTiO3)。
而且延长反应时间,可以在保持其结晶结构的同时在表面附近生长出尺寸较大的介尺度颗粒(介晶),由此制备出一种由介晶制成的SrTiO3光催化剂。这种新的光催化剂能够在空间上分离电子和空穴,以防止它们复合。将铑和铬的混合氧化物作为助催化剂连接到合成的SrTiO3光催化剂晶体上并在水中施加紫外光照时,实现了6.7%的太阳能到氢能能量转换效率。
在相同条件下,尚未转化为介晶的SrTiO3纳米粒子催化剂的转换效率则小于1%,仅为0.6%,反应效率在介晶结构下提高了十倍。研究人员指出之所以产氢效率大幅提升,是因为当暴露于紫外光下时,该光催化剂产生的电子在晶体内的纳米颗粒之间平稳移动并聚集在较大的纳米晶体周围,能够有效地还原氢离子以产生氢。该项研究通过对催化剂纳米结构的调控,实现了光解水产氢效率的提升,为设计和开发高性能的光解水催化剂提供了新思路。
相关研究工作发表在《Angewandte Chemie International Edition》[1]。
[1]Peng Zhang, Tomoya Ochi, Mamoru Fujitsuka, et al. Topotactic Epitaxy of SrTiO3Mesocrystal Superstructures with Anisotropic Construction for Efficient Overall Water Splitting.Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56 (19): 5299 DOI: 10.1002/anie.201702223

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