氢气是一种高效、清洁的新型能源载体，利用太阳能分解水制氢对于人类应对环境以及能源问题具有重要价值。近期，
孙立成，物理化学家。瑞典皇家工学院分子器件讲席教授，大连理工大学特聘兼职教授。长期致力于太阳能燃料与太阳能电池科学前沿领域基础研究，在高效水氧化分子催化剂设计合成、氧-氧键形成机理、光解水制氢功能器件设计与制备等方面取得了重要研究成果。2017年当选瑞典皇家工程院院士。2019年当选中国科学院外籍院士。
1.高效分解水催化剂设计、制备新思路
利用太阳能分解水制氢通常由氧化水产氧和还原质子产氢两个半反应耦合而成，而水氧化半反应（OER）是构建人工光合作用体系的
电催化水氧化对于以间接方式将太阳能转化为化学能具有重要意义，是实现高效水分解的重要途径之一。团队李斐教授利用小分子金属有机配合物作为前驱体，通过溶剂热解方式，制备新型碳基复合材料。在有机配体向纳米碳转化过程中，分子亚单元的存在对金属中心起到有效的限域、分散作用，所得CoFe(OH)x/C介孔材料的析氧过电位大幅降低。这种高性能水氧化催化剂的开发为降低电解水的能耗提供了新的方案
团队侯军刚教授合成了氮掺杂的碳层包裹氮氧化钨电催化剂(NC/Vo-WON)，表现出优异的电催化活性，仅在过电位为16mV下获得10 mA cm-2的电流密度，Tafel斜率仅为33 mV dec-1，稳定性良好(Adv. Energy Mater.,2019,9, 1803693)。因其在三维电催化剂研发方面取得了一系列优秀成果，受邀撰写综述文章(Adv.Funct. Mater.,2019,29, 1808367)。为实现高效光催化水分解，侯教授从材料学角度出发，通过锂化学工艺构筑了Z型Vs-ZnIn2S4/WO3二维异质结催化剂，有效调控了Vs-ZnIn2S4和WO3界面间的电荷分离与传输，使其体系光催化制氢速率提升到11.09 mmol g-1h-1，大大提高了激发电荷寿命(Nano Energy,2019,59,537)。
2.高效分解水器件设计及构建新策略
高效分解水制氢分子催化剂如何在太阳能转换器件中得以应用是本领域所面临的巨大挑战，其方法之一是构建分子催化剂和光敏剂负载于宽带半导体薄膜的染料敏化光电极和光电化学池。李斐教授和美国北卡罗莱纳大学Thomas Meyer教授合作，创新了分子催化剂在界面的组装方式，将NiO空穴传输层嵌入光敏剂和催化剂之间，精准模拟PSII中酪氨酸摆渡电子的功能，优化这一复杂体系的电子传递链，使光阳极稳定性大幅提升，解决了染料敏化光电极目前所面临的瓶颈问题，相关成果发表于PNAS,2019,DOI:10.1073/pnas.1821687116。
生物体内维持生命活动的氧化、还原反应大多以水为氢、氧来源。团队张培立副教授受此启发，设计构建了一种以水为氢、氧源的电催化有机物同步氧化与还原体系。在阳极实现一种有机物氧化的同时，在阴极实现另一种有机物的还原。以NiBx为工作极，以5-羟甲基糠醛氧化制2,5-呋喃二甲酸为阳极半反应，以对硝基苯酚还原制对硝基苯胺为阴极半反应，耦合构建以水为氢、氧源的全反应电解池。实现了同步的高转化率、高选择性催化（≥99%）（Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 9155）。
3.新型太阳能电池的开发
染料敏化太阳能电池（DSSCs）的电子注入能量损耗是阻碍其突破的关键问题之一。为此，团队杨希川教授设计了两种三聚咔唑光敏剂用于DSSCs，ZL001和ZL003，分别以柔性Z型双键和刚性单键连接给体和受体。经动力学研究，ZL003具有更快的电子注入能力，更低的振动弛豫能量损失。ZL003的器件实现了13.6%的光电转换效率，是迄今为止单一光敏剂电池的最高记录，第三方认证效率12.4%，亦是DSSCs目前认证最高效率，相关成果发表在ACS Energy Lett.,2019,4, 943−951上。
高效稳定、成本低廉的空穴传输材料的研究和开发对实现钙钛矿太阳能电池的商业化具有非常重要的意义。团队于泽副研究员在前期工作的基础上，进一步通过分子修饰，设计合成了酞菁铜衍生物CuPc-Bu和CuPc-OBu。采用非掺杂的CuPu-OBu作为空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池最优取得了17.6%的光电转换效率，表现出良好的长时间空气稳定性，该成果发表在Adv. Energy Mater.,2019,9, 1803287上。杨希川教授研究发现分子的平面性会制约成膜性与电荷传导，通过分子设计，基于二甲氧基三苯胺取代基的吲哚并咔唑核心空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，不经掺杂便可以取得高达17.7%的光电转换效率，相关研究成果发表在J. Mater. Chem. A,2019,7, 14835-14841上。
精细化工国家重点实验室是1989年经国家计划委员会批准，依托大连理工大学筹建而成，1995年9月通过国家验收并正式对外开放，在2009年和2014年国家重点实验室评估中连续两次获评优秀。实验室的研究方向为染料及其光化学、精细化工新材料、精细化工清洁制备技术，现有
实验室具有2.5万平方米的集中空间，拥有离子淌度四极杆飞行时间串联质谱仪、600M全数字化超导核磁共振谱仪、X射线光电子能谱、完全无液氦综合物性测量系统、飞秒时间分辨光谱测量平台、激光共聚焦显微镜等30万元以上的
未来，精细化工国家重点实验室将继续依托大连理工大学在相关学科方面的优势，进一步强化基础研究和技术创新能力，提升生物分子识别染料、太阳能转换染料、精细高分子产品及环境友好精细化工新技术等方面的研究水平，积极培育和发展新的学科增长点，在更高的起点上引领和支撑我国精细化工领域的科学创新和产业发展。
注：文章部分素材来自大连理工大学新闻网、大连理工大学精细化工国家重点实验室