央廣網(wǎng)大連6月17日消息（記者田彤 賈鐵生 通訊員關佳寧）近日，中國科學院大連化學物理研究所（簡稱“大連化物所”）催化基礎國家重點實驗室及潔凈能源國家實驗室太陽能研究部李燦院士、章福祥研究員和博士生陳閃山等與日本東京大學Kazunari Domen教授課題組合作，在可見光驅動光催化Z機制完全分解水制氫研究中取得新進展。研究結果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)一步氮化合成的MgTa2O6?xNy/TaON異質結材料(最長可吸收波長達570 nm)可有效促進光生電荷分離，基于此異質結材料構筑的寬光譜響應Z機制完全分解水制氫體系，其表觀量子效率達到目前文獻報道最高值(AQE: 6.8%@420 nm)。相關結果在線發(fā)表在《德國應用化學》期刊上。

　　利用太陽能光催化分解水制氫亦稱人工光合制氫，是人類向自然學習、“道法自然”的結果。自然界植物通過光合作用將水和二氧化碳轉化為葡萄糖、纖維素等生物質儲存能量，同時排放出生命所需氧氣。自然光合作用不僅促成了煤、石油和天然氣等化石資源的形成，而且在生命起源、人類形成和漫長的演化過程中扮演著不可替代的角色，為人類的繁衍和生息提供了充足的能源和養(yǎng)分。為了揭開自然光合作用的神秘面紗，科學先驅們在十九世紀后期、科技條件極不發(fā)達的情況下便開始了自然光合作用的探索尋秘之旅，現(xiàn)已初步解析了光合作用的基本結構和基本原理，形成了自然光合作用采用還原和氧化雙中心、Z-機制促進高效電荷分離等基本共識，這方面相關的工作先后被授予近十項諾貝爾獎。

　　相比自然光合作用，人工光合制氫的研究相對起步較晚，直到上世紀七十年代才開始。在過去的四十年左右研究歷程中，尤其近十余年的研究中，各國科學家圍繞人工光合成過程中太陽光的高效吸收和利用、光生電荷高效分離以及高效催化轉化等關鍵科學問題展開了廣泛的探索和研究；相關研究經(jīng)歷了最初的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)、基礎理論探索到人工光合成體系整體設計構筑的不斷發(fā)展過程；對光催化材料基本物性、光催化劑結構與性能“構效關系”認識由宏觀不斷向微觀水平推進；反應體系由過去的半反應研究，逐漸集中在光催化完全分解水制氫及光催化制氫與CO2耦合制燃料研究；光催化反應的基礎理論體系逐步形成，人工光合成太陽能燃料已經(jīng)成為化學、物理、能源與材料等多學科交叉的熱門研究領域之一。

　　最近，李燦院士、章福祥研究員和博士生陳閃山等瞄準具有太陽能應用轉化潛力的寬光譜響應半導體材料制氫技術。他們從新型材料的開發(fā)入手，通過對系列層狀或隧道狀寬禁帶半導體材料進行摻氮處理，實現(xiàn)了有效的寬光譜吸收和利用，并從實驗上證實了該類新型半導體材料具有可見光催化分解水制氫潛力。近日，該團隊在自主開發(fā)的MgTa2O6?xNy新材料基礎上，通過氮化合成策略創(chuàng)新成功構筑了MgTa2O6?xNy/TaON異質結，大幅提升了其光生電子和空穴的分離效率，并模擬自然光合作用原理采用“Z”機制成功實現(xiàn)了完全分解水制氫，其制氫表觀量子效率在波長為420納米可見光激發(fā)下高達6.8%，為目前國際上通過納米粉末光催化“Z”機制分解水制氫的最高表觀量子效率。研究成果不僅提供了“異質結”構筑的新方法，打通了從新型材料研發(fā)到人工光合全分解水制氫的鏈條，而且為發(fā)展具有我國自主創(chuàng)新的高效寬光譜可見光人工光合制氫能源變革性技術奠定了基礎。