硅材料光解水制氫機理揭曉

　　近日，中國科學技術大學教授熊宇杰課題組首次揭示了硅納米線表面光解水制氫的機理，為提高制氫性能提供了新途徑。該研究成果發(fā)表于新一期的《德國應用化學》，并被選為該期刊的熱點論文。

　　眾所周知，氫氣是一種非常清潔且可儲存運輸?shù)目稍偕茉?，利用太陽能分解水制備氫氣已成為一種備受關注的清潔新能源技術。半導體催化劑在光解水制氫過程中扮演著非常重要的角色，硅材料作為地球上豐度最高且應用最為廣泛的半導體材料，早已有報道預言可用于光解水制氫技術。

　　研究人員將微納制造技術（即自上而下）和濕化學方法（即自下而上）巧妙地結合在一起，可高選擇性地調(diào)控硅納米線陣列的表面懸鍵類型和數(shù)量?；谙到y(tǒng)紅外光譜監(jiān)測，研究團隊將光催化產(chǎn)氫效率及激子平均壽命與表面懸鍵聯(lián)系起來，從而凸顯了硅材料表面懸鍵在光催化應用中的關鍵作用。另一方面，研究人員發(fā)現(xiàn)該過程產(chǎn)生的氫氣和氧氣的比例遠高于常規(guī)思維中的化學計量比，因此與傳統(tǒng)的光催化產(chǎn)氫機制應該有所差異?；谠撓盗邪l(fā)現(xiàn)，研究團隊首次撥開了硅材料光解水制氫機制的“面紗”，確定了其反應機制。在理解作用機制之后，研究人員開發(fā)出了一類基于常規(guī)半導體工業(yè)技術的表面化學處理方法，為調(diào)控位于硅納米線表面的懸鍵狀態(tài)提供了簡捷途徑，得以理性地調(diào)變其光催化制氫性能。

　　該研究工作提出了新的表面工程思路，為開發(fā)高效、自然界豐富的光催化劑鋪筑道路，對高效催化劑的理性設計具有重要推動作用。