大連化物所高對稱性光催化劑晶面間電荷分離研究取得進展

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室、潔凈能源國家實驗室（籌）李燦團隊(慕林超、李仁貴、李燦等)在太陽能光催化的光生電荷分離研究中取得進展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國際能源和環(huán)境科學(xué)期刊Energy & Environmental Science上。

　　光生電荷分離是太陽能光催化研究的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。大連化物所李燦團隊長期致力于太陽能光催化轉(zhuǎn)化中的光生電荷分離的科學(xué)問題研究，相繼在國際上提出“異相結(jié)”和“晶面間電荷分離”促進光生電荷分離的策略（Nature Commun., 2013，4, 1432；Energy Environ. Sci., 2014, 7,1369；Eur. Chem. J, 2015, 21, 14337；J. Catal., 2016, 337, 36；ACS Catal., 2016, 6, 2182）。前期研究發(fā)現(xiàn)在低對稱性半導(dǎo)體基光催化劑的晶面間存在電荷分離效應(yīng)，然而對于高對稱性的半導(dǎo)體晶體（如立方晶系晶體），還沒有發(fā)現(xiàn)晶面間光生電荷分離的現(xiàn)象。

　　該團隊以立方相的SrTiO3作為模型，可控合成了單一晶面的六面體SrTiO3和暴露不等同晶面的十八面體SrTiO3。研究發(fā)現(xiàn)對于六面體單晶（暴露六個等同晶面），無法實現(xiàn)晶面間光生電荷的分離，而將形貌調(diào)變至十八面體時，光生電子和空穴則分別有效地分離至不同晶面上，實現(xiàn)了光生電荷的空間分離。將氧化和還原助催化劑選擇性地生長在不同晶面上，不僅實現(xiàn)光生電荷在不同晶面間的分離，而且使氧化和還原反應(yīng)位在空間上隔離，促進光催化分解水制氫活性可提升5倍以上。該工作發(fā)展了晶面間光生電荷分離理論，從原理上為實現(xiàn)高效光催化分解水提供了新的策略。

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