吉林大学王晓峰教授课题组：叶绿素-类胡萝卜素二联体染料敏化光催化析氢的研究

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研究背景

利用太阳能分解水析氢是人工光合作用领域中最具吸引力和挑战性的研究之一。光催化析氢技术是一种将太阳能转化和存储为氢能的高效方法，并且在未来满足全球能源需求方面极具前景，一直受到人们的关注。目前，基于半导体的光催化产氢体系已经得到了广泛的研究，其中半导体二氧化钛(TiO₂)是最主要的催化剂之一，然而由于TiO₂带隙比较宽这一固有缺陷而导致光捕获能力有限。

研究工作简单介绍

林大学新型电池物理与技术教育部重点实验室王晓峰教授课题组在《Advanced Materials Interfaces》上面发表了题为 “Semi-Synthetic Chlorophyll-Carotenoid Dyad for Dye-Sensitized Photocatalytic Hydrogen Evolution”的文章（DOI: 10.1002/admi.202101303）。该课题组以羧基化叶绿素衍生物 (Chl-COOH) 和类胡萝卜素 (Car-COOH) 合成的有机染料二联体(Dyad-COOH)作为全色光敏剂在基于助催化剂Pt/TiO₂的体系中进行光催化分解水析氢反应。实验结果表明，Dyad-COOH二联体全色光敏剂在整个可见光范围内展现了出色的光捕获性能，并且Dyad-COOH与TiO₂与之间有效的光生载流子分离和转移，抑制了光生载流子的重组，提高了光生电荷的利用率。因此，Dyad-COOH/Pt/TiO₂体系在可见光照射下(λ > 420 nm)产氢效率高达9147 μmol g^-1 h^-1。这项工作为传统染料敏化光催化剂开辟了新的前景，并开发了一种低成本、高效的光催化水解析氢光敏剂。

图文解析

图1. 染料紫外-可见吸收光谱图：(a)在四氢呋喃(THF)溶液中，(b)在10%乙醇水溶液中,(c)染料吸附在TiO₂上。(d)荧光发射光谱，(e)荧光激发光谱。

图2. 能级和分子轨道图。

图3. (a)电化学阻抗对比图， (b)瞬态光电流对比图。

图4. 光催化产氢性能图: (a) 在可见光λ>420nm,  (b)在近红外光λ>600nm。

图5. Dyad/Pt/TiO₂体系光催化产氢反应机理图。

相关链接

https://doi.org/10.1002/admi.202101303

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