近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組提出了一種新型的光催化制氫機(jī)制，將配位化學(xué)的理念引入有機(jī)納米材料中，產(chǎn)品在廣譜光照下展現(xiàn)出大幅度提高的光催化制氫性能。

光催化分解水制氫技術(shù)是一種可以直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為氫能的途徑，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉醇夹g(shù)。光催化制氫技術(shù)是基于半導(dǎo)體帶間躍遷的一種作用機(jī)制，其實(shí)際應(yīng)用目前主要受限于催化劑成本和能量轉(zhuǎn)換性能。廣譜光催化分解水制氫是近年來(lái)業(yè)界一直期望解決的難題。

熊宇杰課題組先前基于貴金屬納米結(jié)構(gòu)的等離激元效應(yīng)，通過(guò)形成貴金屬和半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，將等離激元效應(yīng)中的熱電子注入、共振傳能和電磁場(chǎng)增強(qiáng)等作用機(jī)制引入到半導(dǎo)體的帶間躍遷過(guò)程中，在廣譜光解水制氫方面取得了一系列成果。盡管這種技術(shù)途徑在光催化性能方面取得了顯著提高，然而其貴金屬用量較大，無(wú)法降低催化劑的材料成本。因此，研究人員基于低成本的有機(jī)半導(dǎo)體材料，將配位化學(xué)與光催化技術(shù)相結(jié)合，提出了一種新的廣譜光催化作用機(jī)制。

課題組借鑒了均相配位化合物中金屬中心與配體分子之間的電荷轉(zhuǎn)移躍遷過(guò)程。該金屬-配體電荷轉(zhuǎn)移躍遷可以在低于帶間躍遷的能量范圍內(nèi)吸光，從而與帶間躍遷形成了互補(bǔ)型的廣譜吸光。

研究人員將有機(jī)半導(dǎo)體二維納米材料作為大分子配體，利用其中的氮原子位點(diǎn)，引入不到千分之一含量的鉑離子或者更為廉價(jià)的銅離子，形成了金屬-有機(jī)半導(dǎo)體的納米配位結(jié)構(gòu)。該極少量的納米配位單元誘導(dǎo)產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移躍遷過(guò)程，使得催化劑產(chǎn)品可以在廣譜太陽(yáng)光范圍內(nèi)進(jìn)行光催化制氫。

該技術(shù)途徑的發(fā)展將推動(dòng)有機(jī)半導(dǎo)體材料在光解水制氫方面的應(yīng)用，也為廣譜光催化材料的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條新的思路。