在產生清潔且可儲存能源方面，太陽能分解水是一種很有前景的方法。現在，由德國慕尼黑大學Jacek Stolarczyk博士和Jochen Feldmann教授領導的物理學家們與維爾茨堡大學Frank Wurthner教授領導的化學家們合作，首次成功地在一種多功能一體式催化系統中實現了水的完全裂解。該研究成果近日發表在了《自然•能源》雜誌上。
在最新的水分子光催化裂解技術中，科學家利用合成組分模擬了自然光合作用的複雜過程。在系統中，吸收光量子(光子)的半導體納米顆粒原則上可以充當光催化劑。光子的吸收會產生一個帶負電荷的粒子(一個電子)和一個帶正電的“空穴”（hole），兩者必須在空間上分離，這樣一個水分子就能被電子還原為氫，被空穴氧化成氧。
Stolarczyk說：“如果只想從水中產生氫氣，那麼添加犧牲試劑即可迅速清除空穴。但要實現完全的水裂解，這些空穴必須保留在系統中，以驅動水氧化的緩慢過程。”難度在於使兩個半反應同時在一個粒子上發生，同時確保相反帶電的粒子不重新結合。此外，許多半導體本身可以被氧化，從而被帶正電荷的空穴摧毀。
Stolarczyk解釋說：“我們通過使用由半導體材料硫酸鎘製成的納米棒解決了這個問題，並且在空間上分離了發生氧化和還原反應的區域。” 研究人員採用的是微小的鉑微粒裝飾納米棒的頂端，它們是激發態電子的受體。這種結構為水還原成氫提供了一種有效的光催化劑。另一方面，氧化反應發生在納米棒的兩側。為此，慕尼黑大學的研究人員將釕基氧化催化劑附著在側面。該化合物具有特殊官能團。“這些基團為催化劑提供了極快的空穴運輸，從而促進了氧氣的高效產生，並將對納米棒的損害降至最低。” 維爾茨堡項目的發起人之一Peter Frischmann博士說。
這項研究是由巴伐利亞州資助的跨學科項目“太陽能技術混合動力”(SolTech)的一部分。SolTech項目發起人之一Würthner表示，如果沒有兩個機構的化學家和物理學家之間的跨學科合作，這個項目是不可能成功的。
編譯：Coke
審稿：alone
來源：http://h5.scimall.net.cn/register?from=wechat
閱讀更多 科技工作者之家 的文章
