目前全球面臨能源危機和環(huán)境污染的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展高效、清潔的可再生能源技術(shù)已成為各國政府的重要目標(biāo)，利用太陽能來光催化分解水制氫有望成為解決能源危機的有效途徑之一。近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所研究員田興友領(lǐng)導(dǎo)的課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授高琛課題組合作，在金屬/半導(dǎo)體光催化納米材料結(jié)構(gòu)設(shè)計合成研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，獲得了性能顯著改善的光解水制氫催化劑。該成果以Au–Pt alloy nanoparticles site-selectively deposited on CaIn2S4 nanosteps as efficient photocatalysts for hydrogen production 為題發(fā)表在《材料化學(xué)雜志A》（J Mater Chem A）上（2016，4，12630-12637）。

　　該工作的創(chuàng)新點在于，研究人員在前期工作基礎(chǔ)上（J Phys Chem C, 2014, 118, 27690-27697），充分發(fā)揮CaIn2S4表面具有納米臺階結(jié)構(gòu)的特點，通過光照還原法將Au-Pt納米合金擇位沉積于CaIn2S4表面的納米臺階上。這種擇位沉積使得光生電子自發(fā)地從半導(dǎo)體向金屬遷移并聚集在CaIn2S4納米臺階凸處的AuPt合金上，而光生空穴則聚集于CaIn2S4納米臺階的凹處，在空間上實現(xiàn)光催化氧化反應(yīng)位和還原反應(yīng)位的分離；同時，Au-Pt合金中電負(fù)性的差異也會導(dǎo)致電子的進(jìn)一步遷移，從而有效降低光催化反應(yīng)過程中光生載流子的復(fù)合幾率。此外，Au的表面等離共振效率可以拓寬復(fù)合光催化劑對太陽光譜的吸收。因此，AuPt/CaIn2S4復(fù)合光催化劑在可見光下表現(xiàn)出良好的光解水制氫性能。這項研究有助于加深人們對復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中光生載流子行為的認(rèn)識，也對金屬/半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑的合理設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

    該工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金、合肥研究院院長基金等項目的資助。

不同組分AuPt/CaIn2S4復(fù)合光催化劑的光催化制氫性能