东京理工大学 由纳米级金属氧化物片和钌染料分子组成的新型光催化剂可以利用可见光从水中产生H2
信用:东京理工大学 东京理工大学的科学家开发了一种由金属氧化物纳米片和吸光分子构成的混合材料，用于在阳光下分解水分子获得二氢(H2)
由于H2可以用作无碳燃料，这项研究为清洁能源的产生提供了相关的见解
随着化石燃料的枯竭及其燃烧带来的环境问题，开发清洁能源发电技术成为全球关注的话题
在提出的各种产生清洁能源的方法中，光催化分解水显示出很大的希望
这种方法利用太阳能分裂水分子，获得二氢(H2)
H2可用作无碳燃料或生产许多重要化学品的原料
现在，由东京理工大学的前田和彦领导的一个研究小组已经开发出一种新的光催化剂，由纳米级金属氧化物薄片和钌染料分子组成，其工作原理类似于染料敏化太阳能电池
虽然对分解成H2和O2的水具有光催化活性的金属氧化物具有宽带隙，但染料敏化氧化物可以利用可见光，即阳光的主要成分(图1)
这种新型光催化剂能够以每小时1960转的频率从水中产生H2，外部量子产率为2
4%
这些结果是可见光下染料敏化光催化剂的最高记录，使前田的团队更接近人工光合作用的目标——复制利用水和阳光可持续生产能源的自然过程
据美国化学学会杂志报道，这种新材料是由高表面积铌酸钙纳米片(HCa2Nb3O10)嵌入铂(Pt)纳米团簇作为H2演化位点构成的
然而，铂修饰的纳米片不能单独工作，因为它们不能有效吸收阳光
因此，一种可见光吸收钌染料分子与纳米片结合，实现了太阳能驱动的H2进化(图2)
钌染料/hc2a nb3o 10纳米片的可见光驱动H2演化图
信用:美国化学学会，东京理工大学，经许可通过 使该材料有效的是纳米片的使用，纳米片可以通过层状HCa2Nb3O10的化学剥离获得
纳米片的高表面积和结构灵活性最大化了H2演化位点的染料负载量和密度，从而提高了H2演化效率
此外，为了优化性能，前田的团队用无定形氧化铝改性了纳米片，这在提高电子转移效率方面发挥了重要作用
前田说:“前所未有的是，纳米片的氧化铝改性促进了反应过程中染料的再生，而不妨碍电子从激发态染料注入纳米片——染料敏化H2演化的第一步。”
前田解释说:“直到最近，人们还认为使用高效的染料敏化光催化剂，通过可见光下的整体水分解来实现H2进化非常困难。”
“我们的新结果清楚地表明，使用精心设计的分子-纳米材料混合物，这确实是可能的
" 需要进行更多的研究，因为有必要进一步优化混合光催化剂的设计，以提高效率和长期耐久性
光催化分解水可能是满足社会能源需求而不进一步损害环境的一种重要手段，像这样的研究是实现我们更绿色未来目标的重要垫脚石
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