近日，ng28南宫朴玲钰研究员课题组在光催化产氢方面取得系列新进展，研究成果相继发表于Nano Energy （2020, 67, 104287）、Nano Today（DOI: http:// doi.org/ 10.1016/ j.nantod. 2020. 100968）及Angew. Chem. Int. Ed. （DOI: 10.1002/ anie.202009633）上。
目前，工业制氢主要依靠煤、天然气重整，这个过程加剧了不可再生能源的消耗与环境污染。太阳能作为人类取之不尽用之不竭的可再生能源（约4×1020 J / h），通过光催化过程，将其转化为清洁高效的氢能，是解决上述问题的理想途径，近几十年来该领域的研究备受关注。朴玲钰课题组分别通过光催化水分解和甲酸分解两个过程，实现了高效、稳定的光催化产氢，并为该过程的合理评价提出了系统分析与建议。
太阳能光催化分解水制氢有两种类型，全分解水制氢（2H2O → 2H2 + O2）和半反应分解水制氢（H2O + 牺牲剂→ H2 + 氧化产物）。过去的几十年，全解水取得了较大进展，但依然存在诸多障碍难以逾越，如效率低、稳定性差、体系复杂及成本和安全等问题。在前期工作的基础上（Nano Energy 2017, 41, 488-493; Appl. Catal B: Environ 2018, 220, 471-476等），朴玲钰课题组首次提出了高效、高值光催化分解水过程，即光催化分解纯水获得氢气的同时，制备双氧水（2H2O → H2 + H2O2）。该过程优势显著，形成H2O2是动力学更有利的2电子过程。同时氢氧逆反应被显著抑制，效率极大提升；产物为纯气态H2和更高价值的液态H2O2；消除了分离、纯化成本与安全问题且产物价值大大提升。该过程一举多得，符合实际需求，具有强大应用潜力。相关研究成果发表在Nano Energy （2020, 67, 104287）上。
甲酸无毒、廉价、氢含量高且稳定，是理想的液态储氢介质。在之前工作的基础上（Joule 2018, 2, 549-557），朴玲钰课题组通过理论和实验研究发现，水作为催化剂促进甲酸分解产氢的高效发生，这是本领域首次对水作为催化剂催化该反应进行的报道。水可以有效地降低光催化分解甲酸的活化能，提高反应效率（提高2~4倍），同时水在反应前后保持不变。重要的是，水的助催化作用具有普适性，可适用于不同半导体材料（CdS、g-C3N4、TiO2等）和不同的产氢助剂体系（CoP、Pt、Pd、Ru、Au等）。该研究提升了科研人员对同类反应中水催化作用的关注度，相关成果发表于纳米科学领域知名期刊Nano Today (2020, DOI: http:// doi.org/ 10.1016/ j.nantod. 2020.100968）。
对光催化体系进行催化剂评价过程中，目前还缺乏一个充分、准确的评价体系，导致了对不同催化剂或催化体系难以进行一致、可靠的评估。基于此，朴玲钰课题组从量子效率与太阳能转换效率的准确计算、催化剂使用及环境控制等多个角度，结合文献和实验结果，系统分析了多种参数存在的不足并提出了初步建议，提出了一个更全面、准确且易执行的光催化制氢评价体系。该工作为开发一个更合理、广泛接受和公平的光催化产氢评价体系提供了有价值的信息。上述成果发表于Angew. Chem. Int. Ed. （2020, DOI: 10.1002/ anie. 202009633）上。
ng28南宫曹爽助理研究员等为上述工作的第一作者，合作者为国家纳米科学中心刘新风研究员、施兴华研究员等。上述工作得到了国家自然科学基金面上项目、青年项目及中科院战略性先导科技专项B等项目的支持。
