光催化剂以接近100％的量子效率将水分解为H和O2

由信州大学的高田刚（Tsuyoshi Takata），久冈隆史（Takashi Hisatomi）和K成一（Kazunari Domen）领导的研究小组成功开发了一种光催化剂，该光催化剂可以将水分解为氢和氧，量子效率接近100％。

该团队由山口大学，东京大学和国立先进工业科学技术研究院（AIST）的同事组成。

该团队生产了一种理想的光催化剂结构，该结构由半导体颗粒和助催化剂组成。 H2和O2析出助催化剂由于各向异性的电荷迁移而选择性地光沉积在SrTiO3（掺铝）晶体的不同面上。这种光催化剂结构有效地防止了电荷复合损失，达到了量子效率的上限。

太阳能驱动的水分解反应是一种大规模生产可再生太阳能氢的技术。为了使这种技术投入实际使用，必须大大降低太阳能氢的生产成本[1]。这要求反应系统能够有效地分解水并且易于放大。由颗粒状半导体光催化剂组成的系统可以用相对简单的方法在大面积上扩展。因此，如果开发出高效率地驱动阳光驱动的水分解反应的光催化剂，将朝着大规模的太阳能制氢迈进。

为了提高光催化水分解的太阳能转化效率，需要改善两个因素：拓宽光催化剂用于反应的光的波长范围，并增加每个波长的量子产率。前者由所用光催化剂材料的带隙确定，而后者由光催化剂材料的质量和用于促进反应的助催化剂的功能性确定。然而，光催化水分解是涉及在非平衡状态下发生的多电子转移的共阴反应。

这项研究完善了以高量子效率推进水分解方法的设计和工作原理。在这项研究中获得的知识将进一步推动光催化水分解领域，以实现可扩展的太阳能制氢。

该项目是在NEDO（新能源和工业技术开发组织）的“人工光合作用项目”的支持下实现的。

标题：量子效率几乎为1的光催化水分解作者：高田刚义，江俊哲，酒田佳久，中林真子，中田直矢，维卡斯·南达尔，关彦彦，贵树隆史，K成堂期刊：自然，581，411-414（ 2020）DOI 10.1038 / s41586-020-2278-9