李炫华教授&魏秉庆教授等Nature子刊：光热诱导形成的两相体系促进光催化水分解制氢- 大数跨境

首页

李炫华教授&魏秉庆教授等Nature子刊：光热诱导形成的两相体系促进光催化水分解制氢

科学材料站

2021-03-02

导读：该工作提出了一种两相界面的光催化系统，由光热基体材料和光催化材料集合组成，在光照下，基体碳化的木材将液态水转化为水蒸气，同时水蒸气吸附在催化剂表面被分解产生氢气。

文章信息

光热诱导形成的两相体系促进光催化水分解制氢

第一作者：郭绍晖

通讯作者：李炫华*，魏秉庆*

单位：西北工业大学，麻省理工学院，特拉华大学

文末附：西北工业大学李炫华教授团队招聘信息, 欢迎有意向的科研工作者加入李炫华教授团队!

研究背景

太阳能驱动的水分解制氢是解决环境问题和全球能源危机的潜在有效途径。特别是，氢气具有很高的能量容量(143 MJ kg−1)，并且不污染环境。因此，迫切需要一种高效的光催化水分解制氢方法。

一般而言，太阳能驱动水分解制氢系统有三种类型:粉末光催化体系、光伏辅助电解水体系和光电化学体系，其中粉末光催化体系相比其他两种系统更具成本优势。目前，各种优化策略，例如结构优化、缺陷工程、等离子体效应和元素掺杂等，用来改善光催化剂反应效率；但是粉末光催化体系中产氢性能仍不佳。

文章简介

近日，西北工业大学李炫华教授，特拉华大学魏秉庆教授nature communications (影响因子：12.121)上发表题为“Boosting photocatalytic hydrogen production from water by photothermally induced biphase systems”的研究工作。

该工作提出了一种两相界面的光催化系统，由光热基体材料和光催化材料集合组成，在光照下，基体碳化的木材将液态水转化为水蒸气，同时水蒸气吸附在催化剂表面被分解产生氢气。在光热辅助的光催化两相体系中，可实现气相水蒸气/固相光催化剂/气相产物氢气的两相界面，这降低了界面吸附势垒，并减小近两个数量级的氢气的传输阻力。

当催化剂材料为CoO时，光热辅助的光催化两相体系的产氢速率达220.74 μmol·h-1cm-2，这证明光热辅助的光催化两相体系具有成本效益，非常有利于实际应用。

本文要点

要点一：该工作设计并制备了光热辅助的光催化两相体系，此体系由碳化的木材和粉末催化剂构成。不同于传统的三相光催化界面(液态水/光催化剂固体/氢气)，构建了两相界面（气态水/光催化剂固体/氢气）。催化剂材料为CuS-MoS2时，该系统的光催化产氢速率达到85,604 μmol·h-1g-1。

要点二：此光热辅助的光催化两相体系不仅有效地降低水分子吸附、氢吸附的势垒，还可以减小产物氢气的传输阻力，提高氢气扩散系数，有利于光催化反应的进行和氢气的收集。

要点三：此光热辅助的光催化两相体系表现出良好的普适性。催化剂材料无论是单体的CoO、MoS2、C3N4、TiO2还是异质结CuS-MoS2，均表现出良好的光催化产氢速率。

文章链接

Boosting photocatalytic hydrogen production from water by photothermally induced biphase systems

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21526-4

通讯作者介绍

李炫华，西北工业大学教授。

伦敦玛丽女王大学客座教授，“馆藏壁画保护修复与材料科学研究”国家文物局重点科研基地副主任，香港大学电子工程系（光电子学）博士，纳米能源材料研究中心核心成员。从事纳米光电材料与文物保护材料相关研究。主持国家、省部级等各类项目10余项，申请国家发明专利24项，以第一作者或通讯作者在Nature Commun., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater. 等国际期刊上发表论文62篇，影响因子大于15的论文20篇，其中 8篇文章入选 ESI Top1%高被引论文，10 篇文章被选为封面。入选国家万人计划“青年拔尖人才”，陕西省科技重点创新团队负责人，陕西省高层次人才“特支计划“青年拔尖人才，陕西省青年科技新星，西北工业大学翱翔青年学者等。

https://teacher.nwpu.edu.cn/lixuanhua

魏秉庆, 特拉华大学机械工程系的全职教授。

2003年至2007年，他担任路易斯安那州立大学电气与计算机工程系和计算与技术中心的助理教授。他曾从2000年至2003年在Rensselaer理工学院材料科学与工程系和Rensselaer纳米技术中心担任研究科学家。魏老师于1998年和1999年在德国斯图加特的马克斯-普朗克金属研究所进行访问。从1992年至2001年，他在北京清华大学机械工程专业获得学士学位（1987），硕士（1989）和博士学位（1992）。

https://me.udel.edu/people/faculty-profile/?id=30

第一作者介绍