中國儲能網(wǎng)訊：近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組，通過與江俊教授和張群副教授在材料設(shè)計(jì)與合成、理論模擬和先進(jìn)表征中的“三位一體化”合作，在光催化復(fù)合材料設(shè)計(jì)方面取得系列進(jìn)展，最新研究進(jìn)展發(fā)表在7月23日出版的Advanced Materials《先進(jìn)材料》 上。兩篇論文分別被期刊以內(nèi)封面和內(nèi)封底的形式加以介紹，這兩項(xiàng)工作的共同第一作者分別是博士生柏嵩和葛晶、李睿和胡嘉華。
眾所周知，功能材料的開發(fā)及應(yīng)用發(fā)展到現(xiàn)階段遇到了嚴(yán)重的瓶頸，單一材料體系已無法突破性能上的限制并滿足應(yīng)用領(lǐng)域的需求。每種特定的材料一般都具有某方面獨(dú)特的性能及優(yōu)勢，材料的復(fù)合是突破單一材料性能瓶頸的有效途徑，并有望通過復(fù)合單元間的協(xié)同作用增強(qiáng)各自的性能（即1 + 1 > 2）。具體到光催化體系，復(fù)合材料中不同的組成單元可以扮演產(chǎn)生及分離電荷、吸附活化分子等各種重要角色。然而事實(shí)上，復(fù)合材料的性能往往很難實(shí)現(xiàn)組成單元各自性能的疊加，其關(guān)鍵瓶頸在于復(fù)合材料體系界面的結(jié)構(gòu)調(diào)控十分困難，導(dǎo)致光生電荷在界面上的嚴(yán)重復(fù)合和極大浪費(fèi)。
研究人員針對該瓶頸，設(shè)計(jì)出一系列界面可控的復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。例如，首次提出了半導(dǎo)體-金屬-石墨烯疊層結(jié)構(gòu)，其單晶界面在一定程度上解決了界面上電子-空穴復(fù)合的問題，可以很好地利用半導(dǎo)體和金屬間的肖特基勢壘提高半導(dǎo)體光生電子-空穴對分離，從而在光催化產(chǎn)氫方面展現(xiàn)出明顯改善的性能。另一方面，針對特定氣相光催化反應(yīng)中氣體分子難以同步捕捉的問題，設(shè)計(jì)了一類金屬有機(jī)骨架（MOF）-半導(dǎo)體核殼結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體中的光生電子可以有效地傳遞給MOF內(nèi)核并具有很長的激子壽命，而吸附在MOF內(nèi)核上的二氧化碳分子則在得到光生電子后定向轉(zhuǎn)化為甲烷，從而提高了二氧化碳轉(zhuǎn)化燃料反應(yīng)的活性和選擇性。在研究中，超快光譜和動力學(xué)表征以及理論模擬皆證實(shí)所設(shè)計(jì)復(fù)合材料體系的光催化優(yōu)越性，并揭示了微觀作用機(jī)理。該系列研究進(jìn)展有助于加深人們對復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中光生電荷行為和機(jī)制的認(rèn)識，也對復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化劑的理性設(shè)計(jì)具有重要推動作用。
上述研究工作得到了科技部“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年千人計(jì)劃、中科院百人計(jì)劃、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國科大重要方向項(xiàng)目培育基金等項(xiàng)目的資助。（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
