【催化】破解高效光催化之谜：不拘泥长寿命，亚纳秒成就高量子效率- 大数跨境

X-MOL资讯

2023-11-01

导读：电子科技大学的李严波教授团队与东京大学/信州大学Kazunari Domen教授课题组合作，以高效光催化剂SrTiO3:Al作为研究对象，利用光致发光光谱技术分析这一模型光催化剂的发光机制和载流子动力

太阳能驱动颗粒半导体光催化剂全分解水是一种理想的、可持续的制氢技术。实现高量子效率是光催化剂实现高太阳能-氢气转换效率的先决条件之一。近来，在Al掺杂钛酸锶（SrTiO₃:Al）光催化剂上实现了接近100%的量子效率（Nature, 2020, 58, 411-414），证明了没有电荷损失的全解水的可行性。这一成功的示范为实现100%量子效率的太阳能光催化水分解制氢提供了经济可行性。因此，深入探讨SrTiO₃:Al达到高量子效率的奥秘变得至关重要。这将为催化剂的设计和改进提供关键指导，同时有望提高能源转化效率，推动未来可持续能源技术的发展。

电子科技大学的李严波教授团队与东京大学/信州大学Kazunari Domen教授课题组合作，以高效光催化剂SrTiO₃:Al作为研究对象，利用光致发光（PL）光谱技术分析这一模型光催化剂的发光机制和载流子动力学，来探究其实现高量子效率的内在机制，并总结了高效光催化的设计原则：（1）通过缺陷钝化等工程抑制电荷复合中心的产生，减少由于复合造成的电荷损失；（2）构筑高效的电荷提取机制，使光生载流子可以高效的转移到活性位点参与反应。满足以上两个原则，光催化剂可以在短的载流子寿命内实现高的量子效率。因此，在光催化剂的设计和改性研究中，不需要追求长的载流子寿命。只要建立起良好的电荷分离及提取机制，亚纳秒的载流子寿命就足够实现高的量子效率。该工作不仅揭示了高效水分解光催化剂的设计原则，同时也为了解高效光催化剂中的载流子动力学提供了新的视角，对光催化剂的改性研究具有重要意义。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是电子科技大学博士研究生李荣华。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Criteria for Efficient Photocatalytic Water Splitting Revealed by Studying Carrier Dynamics in a Model Al-doped SrTiO₃ Photocatalyst

Ronghua Li, Tsuyoshi Takata, Beibei Zhang, Chao Feng, Qianbao Wu, Chunhua Cui, Zemin Zhang, Kazunari Domen, and Yanbo Li

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202313537

导师介绍

Kazunari Domen

https://www.x-mol.com/university/faculty/319325

李严波

https://www.x-mol.com/groups/li_yanbo

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