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非贵金属光催化制氢材料研发成功

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    传统的石油和化石能源的消费引起全球变暖、环境污染和能源短缺等问题,成为人类可持续发展面临的重大挑战,而通过模拟光合作用,设计高效光催化体系吸收光分解水制氢,将太阳能转化为氢能,是一种理想的制氢途径。但由于大量使用贵金属催化剂,成本昂贵。同时,吸光材料与助催化剂之间空间分布不均匀,可能会减少光诱导激发态电子的生成,降低界面激发态电子的寿命,极大影响光催化制氢的效率。

    该研究组此前研究发现,过渡金属磷化物作为助催化剂有着很好的光催化产氢的性质,将磷化亚铜、磷化钼等磷化物负载在半导体上,可有效提升半导体光催化产氢的效率。在此基础上,该研究组利用溶剂热法,巧妙地将新型磷化镍助催化剂负载在硫化镉半导体纳米线上,得到了分布均匀、接触紧密的磷化镍/硫化镉复合结构,获得了高效、稳定、廉价的人工光合成催化剂。

    实验数据和光谱表征证明,该复合结构能有效促进复合材料内的快速电子转移过程,抑制激发态电子的失活,提高可见光催化制氢性能。在添加硫化钠/亚硫酸钠情况下,该催化剂材料实现了高效的光催化制氢:可见光大于420纳米条件下,每毫克样品每小时产氢速率达到1200微摩尔,90小时反应转化次数达到约3270000,基于磷化镍助催化剂的每小时反应次数达到36400。