将太阳能捕获并转化为化学能是学术和工程领域的热点，在开发和探索的各种技术中，由太阳能驱动的光电化学（PEC）分解水产氢或产氧是太阳能直接转化为化学能最有潜力的途径之一，然而由于材料本身的限制还存在诸多需要克服和解决的问题。
目前学术界专注于使用半导体材料取代贵金属作为催化剂降低成本，但实际情况下半导体催化剂的PEC活性相当低，这是由于材料本身电荷传输较低、导电性较差、表面反应较慢以及光生电子-空穴的耦合快速。克服上述缺陷需要综合材料的化学组分、微观形貌以及电子结构对材料进行有效地设计，确保增加催化活性的位点、提升材料对光的吸收、促进电荷转移、实现有效的电荷分离和传输，从而获得高品质的光电极材料。
最近，郑州大学资源材料学科的许群教授课题组首次通过二氧化碳构筑的微环境，成功制备出富含氧缺陷、结晶/非晶共存的二维富勒烯结构的三氧化钨（WO3-x），并在此基础上制备了等离子体激元的金属Ag纳米粒子负载的新型等离子体光电极Ag/WO3-x，高效实现了PEC水分解。PEC性能的增强主要取决于以下因素：（1）2D富勒烯结构的WO3-x纳米片提供了大比表面积；（2）2D富勒烯结构的WO3-x纳米结构中结晶和非晶区之间的界面处形成导电通道，保证实现高载流子浓度和迁移率，并有效促进电荷分离和电荷的快速转移；（3）作为光吸收剂的等离子体Ag纳米粒子在LSPR过程中激发产生电子空穴对；（4）等离激元产生Ag纳米粒子的热电子有效地转移到WO3-x纳米片上，并由于Ag和WO3-x界面处的肖特基势垒帮助热电子在WO3-x中积累，并抑制其返回。
图1. 样品制备过程的示意图及相应结构的伪彩色TEM成像
图2. PEC性能的测试结果
综合以上几方面，同一种材料体系中同时实现上述功能，获得高效的PEC具有重要的意义，作者预计这种材料的结构设计还可以扩展到其他过渡金属氧化物，以满足不断提高的能源和环境净化需要。这一研究成果近期发表在Applied Catalysis B: Environmental 上，第一作者是郑州大学的博士研究生任玉美，通讯作者是郑州大学许群教授。
该论文作者为：Yumei Ren, Qun Xu, Xiaoli Zheng, Yongzhu Fu, Zhuan Wang, Hailong Chen, Yuxiang Weng, Yunchun Zhou
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Building of Peculiar Heterostructure of Ag/Two-dimensional Fullerene Shell-WO3-x for Enhanced Photoelectrochemical Performance
Appl. Catal. B-Environ., 2018, 231, 381, DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.03.040
导师介绍
许群
http://www.x-mol.com/university/faculty/35064
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