日本开发出新型非贵金属光解制氢催化剂

据国外网站报道：利用太阳能进行光催化裂解水产氢成本相对低廉，是一种有望实现规模化制氢的途径。但太阳能光解制氢依赖于贵金属催化剂，这也在一定程度上限制了其产业化。开发非贵金属催化剂成为当前的研究热点。

近日，日本大阪大学研究人员开发了一种新型光催化剂，该催化剂不仅采用非贵金属材料，而且具备从紫外到近红外区域的宽光谱太阳能吸收能力，用于光解制氢效率更高。该项研究成果日前以“Metal-Free Photocatalyst for H2 Evolution in Visible to Near-Infrared Region: Black Phosphorus/Graphitic Carbon Nitride”为题发表在了《美国化学学会》期刊上。

该项研究由Tetsuro Majima教授领衔，研究团队制备了由黑磷（BP）和石墨相氮化碳（CN）纳米片组成的二元纳米复合材料（BP/CN），利用该材料实现了在近红外光谱的低能量光谱区，仍可持续制氢。

在可见光照射下黑磷作为激发态石墨相氮化碳的电子受体，使得电子传递到黑磷的导带，之后在近红外光照射下连同黑磷导带的电子束缚于黑磷和石墨相氮化碳的P-N配位键界面，从而生产氢气。实验结果表明，相比于单一组份产生的氢气量，在波长λ>420 nm光照、无金属元素的条件下，BP/CN二元纳米复合材料3小时内产氢量可达到1.93μmol。更出人意料的是，在λ> 780 nm光照下3小时，BP/CN二元纳米复合材料也能稳定地产生氢气（0.46μmol）。光催化制氢性能的提升归因于黑磷和石墨相氮化碳之间强烈的界面相互作用以及有效的界面电荷转移，从而抑制光生载流子的复合，进而提高其光催化性能。

BP/CN作为一种在可见光和近红外光区域具有广泛吸收的非金属光催化剂，在新型能量转换系统的发展中具有较强的优势。