中國科學(xué)院大連化學(xué)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）、王旺銀等人在人工-自然耦合光合水分解系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)用化學(xué)》（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(xué)界有挑戰(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)水分解反應(yīng)，相關(guān)研究具有重要的科學(xué)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(dǎo)體粉末光催化劑的自組裝雜化光合體系，在上實現(xiàn)該類雜化體系光催化化學(xué)計量比全分解水反應(yīng)（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(shè)計，并基于此設(shè)計將生物光合酶PSII和硅基光化學(xué)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*分解水反應(yīng)（即：2H₂O=O₂+2H₂），而且H₂和O₂自然分離，避免了傳統(tǒng)Z-scheme設(shè)計中H₂/O₂難以分離的問題；疊層設(shè)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(shè)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(xué)基金委、教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心(2011·iChEM)和青年項目的資助。

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