摘要：利用阳光直接将水分解为不含碳的氢气燃料和氧气是面向全球能源危机环保且低成本的解决方案.得益于电子结构理论和量子模拟方法的进步,人们已经能够直接研究在纳米颗粒上等离激元诱导光解水过程在原子尺度上的反应机理和超快动力学.本文简述近年来的相关工作进展.吸附在氧化物薄膜上的金纳米颗粒很有希望成为水分解的高效新型光催化剂.在光激发条件下,水分解反应速率和光强、热电子转移之间有强相关性.水分解速率不仅取决于光吸收强度,还受到等离激元量子振动模式的调控.这对于太阳能光解水器件中纳米颗粒的设计有借鉴意义.我们发现液态水在金团簇等离激元催化下100 fs内就能产生氢气.超快量子动力学模拟表明,该过程中场增强起主导作用,从金属到水反键态的超快电荷转移也扮演着重要角色.综合这些原子尺度上的量子动力学研究,我们提出受激水分子中氢原子高速碰撞(速度远远超出其热速度)合成氢分子的"链式反应"机理.

摘要：目前,人们面临着日益严重的能源与环境危机.氢气是一种清洁能源,而通过光解水制氢成为解决上述问题的有效途径.光吸收及电子空穴分离是决定光解水能量转化效率的关键因素,对于它们的研究有助于人们开发高效的光解水制氢材料.二维材料由于具有较大的比表面积、载流子迁移路程短、优异的光学性质等特性,引起了人们的广泛关注.本文从理论上介绍了二维光解水制氢材料的最新进展.其中包括:通过筛选、设计及调控的方法寻找新的二维光解水材料;通过分子设计和化学改性方法增强二维材料的光吸收性能;通过构建二维范德华异质结促进光生电子和空穴的分离;通过引入内禀电场的手段同时增强光吸收及光生电子和空穴的分离.另外,本文展望了二维光解水制氢材料理论研究所面临的机遇和挑战.

摘要：设计、合成了一系列4,5,9,10-四芳基喹嗪并喹啉衍生物,并在均相光解水制氢体系中研究其光敏活性。研究结果表明,二氯化钯是其有效制氢的催化剂,还原淬灭是光敏剂的主要淬灭途径。通过光电物理化学性能研究表明,这类喹嗪并喹啉衍生物的取代基效应明显,而甲氧基有利于提高其荧光量子效率,最高可达0.48;同时供电子甲氧基取代基能明显提高光敏剂制氢性能,光敏剂3e的制氢总转换数(TON)可达341。

摘要：设计、合成了一类4,7位为大环芳烃的菲咯啉二齿氮配体,可与铜.和Xantphos原位配位,获得一系列新型氮磷杂配铜光敏剂CuPS 1~CuPS 6,在均相光解水制氢体系中研究其光敏活性及构效关系。实验结果表明,在菲咯啉4,7位引入芳基有利于提高其光敏活性,1-萘基取代的CuPS 3有最好的制氢活性,光解水制氢转化数(TON)达957。通过理论计算对比分析,1-萘基取代基与菲咯啉母核具有较大的二面角,对铜配合物的激发态有较好的保护作用,因此CuPS 3表现出较高的荧光量子产率(0.036)和较长的激发态寿命(1.36μs)。

摘要：设计、合成了供电子性能的异腈二齿配体,可与铜(Ⅰ)和1,10-菲咯啉衍生物发生反应,形成一类异腈氮杂配铜光敏剂4a^4h,并在光解水制氢体系研究了其光催化活性。实验结果表明,2,2′-二异腈基二苯硫醚与2,9位具有取代基的菲咯啉形成的杂配铜配合物具有一定的光敏活性,光解水制氢TON达168。结合这类配合物的光物理性能和光电性能研究,对这类配合物作为光敏剂的构效关系及其内在机理进行了初步地解释与探讨。

摘要：介绍了利用可见光光催化分解水制氢的基本原理以及该领域的研究进展。重点介绍了利用能带工程开发响应可见光的过渡金属阳离子掺杂型、价带控制型和固溶体型等光催化剂。阐述了该领域需要突破的理论研究和技术难点。

摘要：通过溶胶-凝胶法制备了单斜WO3-x及C掺杂WO3-x,采用SEM、XRD、DRS、XPS等对样品进行了表征,考察了样品光解水析氧催化活性。结果表明,C掺杂在一定程度上改变了WO3的晶体结构,并导致晶体缺陷和氧空位增加,使催化剂表面W5+和氧空位含量增加,增强了WO3-x的光吸收性能和电子传输性能。在紫外和可见光照射下,C掺杂WO3-x的光解水析氧速率分别为90.0μmol/(L.g.h)和26.6μmol/(L.g.h),比未掺杂样品提高了91%和52%。

摘要：近日，中国科学技术大学教授熊宇杰课题组设计了一类具有原子精度壳层结构的光解水制氢助催化剂，可在降低贵金属铂用量的同时大幅度提高光解水制氢胜能。研究人员基于界面电荷极化作用机制设计出了一类具有原子精度壳层的钯一铂核壳结构助催化剂。该设计利用钯一铂金属间的电势差作为半导体中光生电子的“运动”驱动力，使得电子自发地依次从半导体向金属钯、铂“跑位”，最后聚集在金属铂壳层的外表面，从而驱动了金属铂表面的高效光解水制氢反应。

摘要：近日，中国科学技术大学的研究人员，提出了光解水制氢储氢一体化的材料体系设计。该方案具有低成本、通用性、安全储氢的优点。针对光解水制氢过程中的逆反应严重、氢气难分离和存储的问题，研究人员设计了一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的三明治结构。他们还通过结构设计精准调控材料体系中的电子被激发后演化行为，提出了一系列在实验中证明行之有效的光催化体系设计。

摘要：近日，中国科学技术大学教授熊宇杰课题组设计了一类具有原子精度壳层结构的光解水制氢助催化剂，可在降低贵金属铂用量的同时大幅度提高光解水制氢性能。