光催化量子開發(fā)太陽能

　　以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，具有不可持續(xù)性，并且已經(jīng)對人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重污染。發(fā)展新能源、清潔能源具有必要性和緊迫性。太陽能作為一種可再生能源，具有資源豐富、廉價、清潔的特點，如何高效地利用、轉(zhuǎn)化與儲存是當(dāng)前國內(nèi)外研究的重要課題。光催化作為太陽能利用手段受到廣泛關(guān)注，它可以利用太陽能將水直接分解成氫氣和氧氣，將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有用化學(xué)品，還可以將有機(jī)物完全降解，符合低碳乃至無碳的發(fā)展要求，為解決能源問題和生態(tài)環(huán)境問題提供了極有潛力的解決方案。

　　光催化量子效率低是目前限制其規(guī)?；瘧?yīng)用的最大瓶頸。圍繞這個問題，科學(xué)家已經(jīng)在催化劑開發(fā)（表面改性、體相摻雜、新型光催化劑等）以及活性評價（光解水活性、污染物降解動力學(xué)、礦化程度以及產(chǎn)物分析）等方面作了大量努力，但對污染物降解等微觀界面機(jī)理的研究仍然嚴(yán)重不足，這使得光催化材料的研發(fā)主要是通過嘗試模式進(jìn)行，也使得在調(diào)控光催化界面反應(yīng)過程、提高光催化效率方面缺乏有效的手段和思路。我們建立了針對光催化反應(yīng)研究的同位素標(biāo)定及原位紅外等研究手段，揭示了光生導(dǎo)帶電子活化分子氧在污染物光催化降解過程中的新作用，以及光催化分解水的質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移機(jī)理等一系列關(guān)鍵界面機(jī)理問題，并利用分子氧活化或質(zhì)子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)了對有機(jī)物降解速率和降解產(chǎn)物的有效調(diào)控，為理解和控制光催化的界面反應(yīng)提供了理論支持。（中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員 陳春城）