空间分离的助催化剂修饰的核/壳结构:更高效的光解水催化剂

        近年来,利用半导体光催化剂分解水产生清洁能源氢气吸引了越来越多的关注。至今为止,许多紫外光响应的光催化剂分解水已取得了很大的进展,但可见光响应的半导体光解水仍然面临巨大挑战,其产氢和产氧速率仍然很低。其原因一方面可能是光生电子空穴在催化剂本体的快速复合,另一方面可能是光解水产生的氢气和氧气在催化剂表面的原位逆反应重新生成水分子。

        近日,日本东京大学Domen教授研究组的王道爱博士通过一种简单的方法,在该领域取得突破。研究者设计了一种新型空心球结构半导体光催化材料,并在空心球半导体的内壁修饰了利于收集电子用以产氢的Pt助催化剂,在空心球外表面修饰了利于富集空穴产氧的IrO2 或CoOx助催化剂, 从而得到空间分离的助催化剂修饰的高效催化材料。这种助催化剂空间分离的结构使光生电子和空穴能够快速分离并传输到半导体材料的内表面和外表面,抑制了电子空穴对的复合,同时这种结构设计使产生的氢气和氧气分别在催化剂内外壳层富集,大大减小了逆反应,提高了光解水效率。

        相关研究成果近期发表在《德国应用化学》杂志上(DOI: 10.1002/anie.201303693),并被评为当期“Hot Paper”。