我室构建新型自然和人工光合杂化系统实现太阳能全分解水制氢

近日,我室李灿院士、宗旭研究员(青年千人计划)、王旺银等人在人工-自然耦合光合水分解系统的设计及构建研究方面取得进展,研究结果以“Hot Paper”的形式发表在《德国应用化学》上。

太阳能光催化分解水制氢是科学界最具有挑战性的课题之一。构建自然光合和人工光合耦合体系可集成两种系统的优势,有望实现高效水分解反应,相关研究具有重要的科学意义。在前期研究中,李灿研究组提出了自然人工杂化人工光合体系的理念,构建了植物光合系统II(PSII)酶和半导体粉末光催化剂的自组装杂化光合体系,在国际上首次实现该类杂化体系光催化化学计量比全分解水反应(Nat.Commun.2014, 5, 4647.)。

        在本工作中,该团队发展了新型的光催化-光电催化Z-scheme设计,并基于此设计将生物光合酶PSII和硅基光化学电池耦合构建了全新的自然-人工光合杂化系统。该系统不仅可以实现太阳能驱动下完全分解水反应(即:2H2O=O2+2H2),而且H2和O2自然分离,避免了传统Z-scheme设计中H2/O2难以分离的问题;叠层设计实现了人工系统对短波段、自然系统对长波段太阳能的互补吸收,大大提高了太阳能利用效率和系统稳定性。该研究为进一步发展高效自然-人工杂化太阳能光合体系提供了新的思路。同时,该工作也是继太阳能H2S资源化转化研究后(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53: 4399-4403.;Energy Environ. Sci. 2014, 7: 3347-3351.)在耦合型太阳能转化系统设计及构建方面取得的新的进展,显示了构建耦合型系统在太阳能转化利用的优势及巨大潜力。

 

 

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