近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、太陽(yáng)能研究部院士李燦、研究員范峰滔等發(fā)表太陽(yáng)能光催化電荷分離成像研究綜述文章。
利用太陽(yáng)能生產(chǎn)清潔、高效、可持續(xù)的綠色能源是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的一種重要解決方案。光催化太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化可以直接通過(guò)分解水制綠色氫能，或?qū)⒍趸歼€原為液態(tài)燃料，是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的最理想途徑。迄今為止，提高光催化太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率方面仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。其中，微納米尺度的光生電荷分離是制約光催化太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素。理解微觀電荷分離機(jī)制是提高光催化電荷分離效率、設(shè)計(jì)高效光催化劑的基礎(chǔ)。然而，由于電荷分離在微納米尺度的空間復(fù)雜性和表面電荷濃度低的限制，深入理解光催化電荷分離機(jī)制仍存在巨大挑戰(zhàn)。
大連化物所發(fā)表太陽(yáng)能光催化電荷分離成像研究綜述文章
李燦和范峰滔等通過(guò)結(jié)合納米探針技術(shù)和調(diào)制的表面光電壓技術(shù)（SPV）發(fā)展了高靈敏的空間分辨表面光電壓技術(shù)（SRSPV），實(shí)現(xiàn)了對(duì)光催化劑顆粒和微納結(jié)構(gòu)的可視化電荷分布成像，以及對(duì)微觀電荷分離驅(qū)動(dòng)力的測(cè)量。本綜述中，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)總結(jié)了SRSPV技術(shù)在揭示光催化電荷分離機(jī)制研究方面取得的一系列進(jìn)展，深入討論了光催化電荷分離驅(qū)動(dòng)力的本質(zhì)來(lái)源，以及如何通過(guò)對(duì)光催劑的理性設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的電荷分離，并對(duì)如何進(jìn)一步發(fā)展時(shí)間分辨和原位在線電荷成像技術(shù)以更全面理解電荷分離機(jī)制進(jìn)行了展望。
李燦和范峰滔等長(zhǎng)期致力于太陽(yáng)能光、電催化光譜表征的前沿科學(xué)研究，取得了系列成果，特別是利用自主研發(fā)的空間分辨的表面光電壓顯微鏡對(duì)光催化劑表面光生電荷給出了可視化圖像，在國(guó)際上最早將其應(yīng)用到微納尺度光催化材料電荷分離的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Nano Letters，2017；Chem. Soc. Rev.，2018；Nature Energy，2018；Adv. Mater.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Natl. Sci. Rev.，2021）。近期，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了液相反應(yīng)條件下化學(xué)反應(yīng)以及電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的微納米成像（Nano Letters，2021；J. Phys. Chem. Lett.，2021）。
相關(guān)工作發(fā)表以“Unraveling Charge Separation Mechanisms in Photocatalyst Particles by Spatially Resolved Surface Photovoltage”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是大連化物所陳若天博士。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委，“人工光合成”基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目，以及中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)研究領(lǐng)域優(yōu)秀青年團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
