新型自然和人工光合杂化系统实现太阳能全分解水制氢

W020160701329820405221太阳能催化分解水制氢是科学界最具有挑战性的课题之一。构建自然光合人工光合耦合体系可集成两种系统的优势,有望实现高效水分解反应,相关研究具有重要的科学意义。中国科学院大连化学物理研究所 在前期研究中,李灿研究组提出了自然人工杂化人工光合体系的理念,构建了植物光合系统II(PSII)酶和半导体粉末光催化剂的自组装杂化光合体系,在国际上首次实现该类杂化体系光催化化学计量比全分解水反应。

在本工作中,该团队发展了新型的光催化-光电催化Z-scheme设计,并基于此设计将生物光合酶PSII和硅基光化学电池耦合构建了全新的自然-人工光合杂化系统。该系统不仅可以实现太阳能驱动下完全分解水反应(即:2H2O=O2+2H2),而且H2和O2自然分离,避免了传统Z-scheme设计中H2/O2难以分离的问题;叠层设计实现了人工系统对短波段、自然系统对长波段太阳能的互补吸收,大大提高了太阳能利用效率和系统稳定性。该研究为进一步发展高效自然-人工杂化太阳能光合体系提供了新的思路。同时,该工作也是继太阳能H2S资源化转化研究后在耦合型太阳能转化系统设计及构建方面取得的新的进展,显示了构建耦合型系统在太阳能转化利用的优势及巨大潜力。

该研究工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金委、教育部能源材料化学协同创新中心(2011•iChEM)和青年千人计划项目的资助。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201604091/full

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