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近日，中國科學院院士、中國科學院大連化物所催化基礎國家重點實驗室、太陽能研究部研究員李燦團隊取得新進展——光電催化分解水制氫，團隊受自然光合作用Z機制的啟發，實現了高效光電催化全分解水過程，該工藝的水分解制氫效率達到4.3%，是文獻報道中的最高效率。
前期，李燦團隊通過模擬自然光系統II中關鍵部件的重要功能，構建了高效的光電催化水氧化系統（J. Am. Chem. Soc., 2018; Adv. Mater., 2019） ，并發現部分氧化石墨烯（pGO）可作為捕光材料與水氧化催化劑之間的電荷傳輸介質，其作用類似于酪氨酸（Tyr）在自然光體系II中的作用。
研究中，團隊基于自然光合作用的原理，采用多介質調控策略，以自然光合作用Z機制為靈感，實現高效光電催化全分解水過程，該團隊通過將無機氧化物基光陽極 (BiVO4) 和有機聚合物基光電陰極 (PBDB-T:ITIC:PC71BM) 與多種電荷傳輸介質耦合，組裝了一種高效的無偏全分離水光電化學池。研究發現，體系中有機聚合物的離散能級特性，使得有機光電陰極和無機光電陽極的光譜吸收具有很好的互補性，大大提高了太陽能的利用率。此外，該系統在光收集材料和電子受體/供體之間構建了包含多種電荷傳輸介質的仿生電荷傳輸鏈。在電化學勢梯度的驅動下，光生電子通過這些電荷傳輸介質有效轉移，提高了電荷轉移率，降低了電荷復合率，實現了高效的電荷分離和轉移。結果，太陽能-氫（STH）轉換效率達到4.3%。該研究通過使用具有匹配能級的多媒體調控的仿生策略，為高效人工光合系統的合理設計和組裝提供了新的思路和有效的方法。
相關研究成果發表在《美國化學會雜志》(Journal of the American Chemical Society) 上，題為《Un輔助光電化學電池與 Multimediator Modulation for Solar Water Splitting Exceeding Exceeding 4% Solar-to-Hydrogen Efficiency》。研究工作得到國家自然科學基金“人工光合作用”基礎科學中心和中國科學院戰略性先導項目（B類）“能源化學轉化的性質與規律”的資助。
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