徐晓翔课题组层状钙钛矿材料光催化分解水研究取得重要进展

目前人类社会面临化石燃料日益枯竭和环境污染两大世界难题，因此开发新型可持续的清洁能源尤其重要。太阳能光催化分解水是指利用光催化材料在光能驱动下将水分解为氢气氧气的过程。光解水能得到清洁的可再生氢能源，是有效解决能源及环境污染问题的理想途径之一。目前主要研究光催化材料以半导体光催化剂为主，但是传统的半导体光催化材料具有可见光吸收少、光生电荷易复合等问题，导致太阳能转化效率普遍不高。如何实现太阳能的高效利用是该领域的一个技术难点。

公司徐晓翔教授课题组长期致力于发展高效、经济、稳定的可见光响应的光催化材料。特别是对于钙钛矿材料有着较为深刻的研究。近日，该课题组报道了一种新型二维钙钛矿材料La/N掺杂的Sr₂TiO₄在可见光激发下实现了分解水制氢和制氧反应，并且在模拟自然光条件下实现了全分解水。理论计算表明层状Sr₂TiO₄材料具有各向异性，电子被限制在TiO₆八面体层，而层间的电荷传输被禁止了。因此每层钙钛矿可以作为独立的单元参与光催化反应，减弱了电子空穴的符合几率。但其具有较宽的带隙结构,限制了该材料对于太阳光的利用。在此结构中引入La和N元素可以有效的增加其可见光响应（光吸收边达到650纳米）。日前，该研究成果以“Activating Layered Perovskite Compound Sr₂TiO₄via La/N Codoping for Visible Light Photocatalytic Water Splitting”为题发表于国际知名期刊ACS catalysis上（DOI: 10.1021/acscatal.8b00369），该刊2017年的影响因子为10.6。博士生孙小琴为第一作者，徐晓翔教授及合作者弭永利教授、美国特拉华大学焦峰教授为共同通讯作者。

此外，在另一项基于Sr₂TiO₄光催化产氢研究中，徐晓翔教授和硕士研究生张红发现了La/Fe掺杂可以拓展Sr₂TiO₄的可见光吸收范围，有效实现了可见光产氢的效果，该研究成果以“Ruddlesden-Popper compound Sr₂TiO₄co-doped with La and Fe for efficient photocatalytic hydrogen production”为题发表在催化类主流期刊《Journal of Catalysis》上(DOI: org/10.1016/j.jcat.2017.12.031).

上述研究工作得到了国家自然科学基金青年基金（21401142）等项目的支持。