第一作者：王志亮，Takashi Hisatomi, 李仁贵
通讯作者：王连洲，Kazunari Domen，刘岗，李灿
DOI: https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.01.001
近日，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士倡议并联合日本东京大学Kazunari Domen教授、澳大利亚昆士兰大学王连洲教授、日本国立产业研究所Kazuhiro Sayama教授及中国科学院金属研究所刘岗研究员等人，在国际学术刊物《Joule》上发表题为《Efficiency Accreditation and Testing Protocols for Particulate Photocatalysts towards Solar Fuel Production》的Perspective文章，从澄清光催化基本概念出发，指出颗粒光催化剂分解水研究中现存的误差来源，阐明不同效率表现方式的利弊，并提出了规范太阳能光催化性能的比较方法。尤其是对于太阳能光催化分解水研究领域的两个重要指标-量子效率和太阳能制氢效率，提出了规范的标准测试方法，并建议作为国际重要期刊发表相关文章的依据，向国际学术界发出建立太阳能光催化分解水标准测试和效率认证的倡议。
太阳能光催化分解水制氢是国际科学领域的前沿科学课题，备受世界范围科学家的关注，其基础科学问题涉及光电转化、光化学转化和光生电荷动力学等多方面，该过程一旦取得突破，将从根本上变革能源和化工行业现有结构，对缓解人类目前面临的气候变化、能源安全以及生态环境可持续发展等问题具有重要意义。过去几十年内，该领域已经发表了数万篇学术论文，且发表文章数逐年呈指数增长趋势。然而，该研究领域国际和国内缺乏统一的效率认证和评价标准，造成本领域发表的学术论文中存在比较多的问题，如各类效率名目多（如内量子效率、外量子效率、太阳能制氢效率、太阳能转化效率等）、数据可比性差、往往同一体系不同团队报道的结果也有差别，有的甚至发表在高影响因子刊物上的数据也出现违背热力学定律常识的错误，亟需建立规范统一的标准测试方法及效率认证，以更好地规范本领域健康发展。
太阳能光催化分解水反应是一个涉及多电子转移的复杂过程，受到光吸收效率、电荷分离效率和催化反应效率多个因素的制约影响，实验条件和参数较难准确控制，实验误差又较大，而不同测试实验的方法又不同，造成重要实验数据存在问题的现象已成为本研究领域的普遍性问题。纵观其他相关领域的发展，如太阳能电池领域，已有多个国际通行的评价测试标准和认证中心，其中美国可再生能源国家实验室（NREL）等作为认证中心，承接对全世界的太阳电池效率的认证测试，并每年在国际上权威发布引领世界太阳电池效率的结果，使不同实验室发表的研究数据之间具有可比性，对该领域的发展起到了重要作用。
为了更好地推行这一倡议，文中提议由各国科学家牵头，在各自国家试行建立效率测试和认证中心，并在各国建立的中心之间互相校准，逐步推动国际统一的标准和认证，已初步达成在中国和日本等国家建立标准测试中心的协议。在国家自然科学基金委支持下，我国太阳能光催化领域第一个基础科学中心-“人工光合成”中心已于2020年在中国科学院大连化学物理研究所获批成立。依托于“人工光合成”基础科学中心，得到国家自然科学基金委支持，由李灿院士牵头，将着手筹建中国太阳能光催化分解水标准效率测试中心；与此同时，日本科学家代表Kazunari Domen和Kazuhiro Sayama等教授将在东京大学以及日本国立产业研究所建立日本的光催化效率测试中心。这些标准效率测试中心的建立，将致力于规范太阳能光催化研究领域的实验过程、实验数据和数据表现方式，提升相关实验技能，提高太阳能光催化领域发表文章的可信度和准确性，推动该基础科学研究领域的健康可持续发展。
Figure 1. Best Research-Cell Efficiencies Chart
Figure 2. The standard Gibbs free energy change and the gas evolution for different types of photocatalytic reactions.
Figure 3. The gas evolution rate changes along with the mass of photocatalyst.
Figure 4. The spectrum of different light sources and the method for measuring integral incident light intensity.
Figure 5. The change of Gibbs free energy of water splitting along with the change of balance temperature.
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