近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室、潔凈能源國家實驗室（籌）研究員李燦（中科院院士）、宗旭（青年千人計劃）、王旺銀等人在人工-自然耦合光合水分解系統(tǒng)的設計及構(gòu)建研究方面取得進展，研究結(jié)果以“Hot Paper”的形式發(fā)表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201604091）上。
太陽能光催化分解水制氫是科學界最具有挑戰(zhàn)性的課題之一。構(gòu)建自然光合和人工光合耦合體系可集成兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，有望實現(xiàn)高效水分解反應，相關(guān)研究具有重要的科學意義。在前期研究中，李燦研究組提出了自然人工雜化人工光合體系的理念，構(gòu)建了植物光合系統(tǒng)II（PSII）酶和半導體粉末光催化劑的自組裝雜化光合體系，在國際上首次實現(xiàn)該類雜化體系光催化化學計量比全分解水反應（Nat.Commun.2014, 5, 4647）。
在研究中，該團隊發(fā)展了新型的光催化-光電催化Z-scheme設計，并基于此設計將生物光合酶PSII和硅基光化學電池耦合構(gòu)建了全新的自然-人工光合雜化系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)太陽能驅(qū)動下完全分解水反應（即：2H2O=O2+2H2），而且H2和O2自然分離，避免了傳統(tǒng)Z-scheme設計中H2/O2難以分離的問題；疊層設計實現(xiàn)了人工系統(tǒng)對短波段、自然系統(tǒng)對長波段太陽能的互補吸收，大大提高了太陽能利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該研究為進一步發(fā)展高效自然-人工雜化太陽能光合體系提供了新的思路。同時，該工作也是繼太陽能H2S資源化轉(zhuǎn)化研究后（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53: 4399-4403.；Energy Environ. Sci. 2014, 7: 3347-3351）在耦合型太陽能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)設計及構(gòu)建方面取得的新進展，顯示了構(gòu)建耦合型系統(tǒng)在太陽能轉(zhuǎn)化利用中的優(yōu)勢及巨大潛力。
該研究工作得到了科技部“973”項目、國家自然科學基金委、教育部能源材料化學協(xié)同創(chuàng)新中心(2011·iChEM)和青年千人計劃項目的資助。
大連化物所構(gòu)建新型自然和人工光合雜化系統(tǒng)實現(xiàn)太陽能全分解水制氫
