在产生清洁且可储存能源方面，太阳能分解水是一种很有前景的方法。现在，由德国慕尼黑大学Jacek Stolarczyk博士和Jochen Feldmann教授领导的物理学家们与维尔茨堡大学Frank Wurthner教授领导的化学家们合作，首次成功地在一种多功能一体式催化系统中实现了水的完全裂解。该研究成果近日发表在了《自然?能源》杂志上。
在最新的水分子光催化裂解技术中，科学家利用合成组分模拟了自然光合作用的复杂过程。在系统中，吸收光量子(光子)的半导体纳米颗粒原则上可以充当光催化剂。光子的吸收会产生一个带负电荷的粒子(一个电子)和一个带正电的“空穴”（hole），两者必须在空间上分离，这样一个水分子就能被电子还原为氢，被空穴氧化成氧。
Stolarczyk说：“如果只想从水中产生氢气，那么添加牺牲试剂即可迅速清除空穴。但要实现完全的水裂解，这些空穴必须保留在系统中，以驱动水氧化的缓慢过程。”难度在于使两个半反应同时在一个粒子上发生，同时确保相反带电的粒子不重新结合。此外，许多半导体本身可以被氧化，从而被带正电荷的空穴摧毁。
Stolarczyk解释说：“我们通过使用由半导体材料硫酸镉制成的纳米棒解决了这个问题，并且在空间上分离了发生氧化和还原反应的区域。” 研究人员采用的是微小的铂微粒装饰纳米棒的顶端，它们是激发态电子的受体。这种结构为水还原成氢提供了一种有效的光催化剂。另一方面，氧化反应发生在纳米棒的两侧。为此，慕尼黑大学的研究人员将钌基氧化催化剂附着在侧面。该化合物具有特殊官能团。“这些基团为催化剂提供了极快的空穴运输，从而促进了氧气的高效产生，并将对纳米棒的损害降至最低。” 维尔茨堡项目的发起人之一Peter Frischmann博士说。
这项研究是由巴伐利亚州资助的跨学科项目“太阳能技术混合动力”(SolTech)的一部分。SolTech项目发起人之一Würthner表示，如果没有两个机构的化学家和物理学家之间的跨学科合作，这个项目是不可能成功的。
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编译：Coke
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