信州大学 钌/镧、铑:STO光催化剂的烷基硅烷膦酸酯改性以加速反应物供应的示意图
学分:2020信州大学佑介鹿岛 太阳能制氢的水分解研究集中在半导体内部的物理过程，如光吸收、电荷分离和表面的化学过程，这些过程非常复杂，依赖于新材料的开发
然而，解决方案内部的流程还有待彻底探索
最近提出了一种改进光催化制氢的方法，即用硅烷偶联剂在可见光响应的光催化剂镧和铑掺杂的钛酸锶(镧、铑:STO)表面负载膦酸酯基团
膦酸酯官能团作为质子供应的介质(即
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促进反应物的供应)并提高制氢活性
已经有在光催化水分解反应中使用无缓冲电解质或磷酸盐缓冲溶液作为反应溶液的研究实例
然而，前者主要是光催化材料和溶液中离子之间的静电相互作用，而后者侧重于磷酸盐阴离子作为质子介质的功能
这些相当于整体电解质的设计
本研究提出的概念既不是材料本身的开发，也不是整体电解质的设计，而是电解质-光催化剂界面的设计:这是一个新概念，能够通过固定在光催化剂粉末表面的官能团控制溶液中的物理化学现象，特别是在催化剂表面附近
固定在粉末光催化剂表面的膦酸酯官能团有效地向活性位点提供质子
固定在粉末光催化剂表面上的膦酸酯官能团通过作为介质有效地向活性位点提供质子而有助于提高制氢活性
令首席研究员Yosuke Kageshima高兴的是，当大量磷酸盐缓冲溶液用作反应溶液时，镧、铑:STO的制氢活性大大降低
尽管通常将重点放在磷酸盐阴离子作为质子介质的功能上，但是在固-液界面附近固定官能团的方法可以是一种广泛的方法，无论使用何种材料都是有效的
通过增加固定在表面上的膦酸酯官能团的浓度来进一步提高活性将在进一步的研究中进行探索
需要对膦酸酯官能团的扩散过程进行详细的定量评估，并在整个水分解反应中进行扩展
Kageshima助理教授希望构建一个独立的人工光合作用装置，通过太阳能制氢的实际应用，将太阳能转化为有利于储存和运输的化学能，为实现低碳社会做出贡献
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