2015-11-16 17:43
记者昨日从中国科学技术大学获悉，该校化学与材料科学学院吴长征教授研究组与张群教授研究组合作，研制出全新水溶性简单小分子助催化剂，使光催化产氢性能大幅提升，为摆脱目前广泛使用的贵金属助催化剂提供了新途径。研究成果10月21日在线发表在《自然通讯》上。
把低密度的太阳能高效转化为可存储的化学能，是发展可再生能源的重要途径。但如何实现光能利用效率最大化，成为摆在科学家面前的一道难题。贵金属被广泛认为是提高太阳光光子能量利用效率的高效助催化剂，然而贵金属作为固体催化剂往往接触面积有限，同时高昂的成本也极大地限制了大规模应用。
针对上述挑战，吴长征教授研究组突破了传统观点认为高效助催化剂大多集中于固体贵金属的局限，首次发现了水溶性小分子三氟乙酸(TFA)是一类全新、高效的分子助催化剂。他们研究发现，通过简单助催化剂分子的可逆氧化还原反应，就能成功传递光生电荷，这为高效利用光子能量提供了新思路。他们将三氟乙酸加入含有具有高比表面积优势的铌酸钾二维纳米材料溶液中，利用助催化剂简单分子间快速的氧化还原反应，加速该二维材料电荷快速转移以提高光子利用效率，成功将光催化产氢性能提高了32倍。
张群教授研究组采用超快动力学分析表明，三氟乙酸添加后，铌酸钾纳米片光生电子的寿命提高了近3倍，表明小分子助催化剂诱导的高效电荷转移是该体系光催化性能大幅提高的重要原因。
吴长征表示，该小分子助催化剂策略的提出，有望摆脱传统贵金属助催化剂体系，为设计廉价、高效的光催化体系提供了新途径。
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