中国科大提出红外光进行解水制氢新机制

杨金龙教授的研究团队来自合肥国家微尺度材料科学实验室和中国科技大学化学与材料科学学院，他们最近提出了一种新的光解水的催化机制，使得利用红外光光解水制氢成为可能，为未来利用所有频率的阳光能量铺平了道路。该结果发表在最新一期的《物理评论快报》上。

杨金龙教授的研究团队来自合肥国家微尺度材料科学实验室和中国科技大学化学与材料科学学院，他们最近提出了一种新的光解水的催化机制，使得利用红外光光解水制氢成为可能，为未来利用所有频率的阳光能量铺平了道路。该结果发表在最新一期的《物理评论快报》上。

通过阳光分解水来为人类提供清洁燃料的制氢一直被认为是化学的“圣杯”。水的分解是一个吸热反应。传统理论要求光催化剂吸收的单光子能量至少大于反应的吸热能量。因此，占太阳能近一半的红外光不能被吸收来分解水产生氢，因为单个光子的能量太低。

杨金龙研究小组提出了一种具有自身电偶极矩的二维纳米催化剂，它可以突破传统理论关于催化剂吸收单光子能量的限制，还可以利用红外光分解水生成氢气。存在于催化剂中的偶极子将产生内部电场，吸附在催化剂两个表面上的水分子将感受到不同的静电环境，从而导致两个表面上的水的氧化还原条件变得不同。如果氧化和还原分别发生在不同的表面，原则上催化剂上最小单光子能量的限制将不再存在。在这种新的光解机理中，不仅紫外光和可见光，而且红外光都可以用来促进水的分解产生氢。另外，催化剂的光激发是一个电荷转移过程，电子和空穴分别产生在两个不同的表面上，催化剂固有的偶极电场有效地促进了光照产生的电子和空穴的空间分离，并有助于水分解产生氢气。基于这一机理，他们设计了一个双层氮化硼纳米系统，其两个表面分别用氢和氟改性。

基于这一技术，水的高效光解制氢可应用于燃料电池汽车。原则上，通过太阳能、电能、化学能和其他形式能量的相互转换，本研究提出的原理也可广泛应用于其他新能源技术。