太阳能驱动氢经济的超薄黑磷

【概要】研究人员利用阳光来制造黑磷/钒酸铋纳米基片的新型纳米结构催化剂，即将两种不同类型的二维材料-黑磷和钒酸铋结合起来，形成了一种生物启发式的水分解催化剂。正常的阳光即可以驱动反应，并且催化剂的细节设计将有可能实现氢气和氧气产量的预期比例。

【图注】在可见光照射下使用BP/BiVO₄的二维异质结构而没有任何牺牲剂的光催化整体纯水分解。

氢作为燃料来源，而不像石油和煤炭等碳氢化合物，燃烧的氢气产生无害的水，可降低二氧化碳排放量和减轻环境负担。在追求氢能经济突破技术的同时，关键问题在于如何廉价制氢，使用催化剂分解水是产生氢气的理想方法，但是这样做通常需要其他化学品，电力或具有足够高能量的一部分阳光能量输入。

大阪大学的研究人员已开发出一种新的催化系统，可以有效地将水分解，并利用正常的日光照射氢气。“目前还无法使用可见光进行光催化，但是我们将纳米结构的黑磷还原成氢气和将钒酸铋用于水氧化成氧气的方法，使我们能够利用广泛的太阳光光谱来实现氢气和氧气前所未有的效率“，主要作者Mingshan Zhu说。

黑磷具有类似于石墨烯的平面二维结构，并强烈吸收整个可见光谱中的光。研究人员将黑磷与钒酸铋（一种水氧化催化剂）结合起来。就像植物在自然光合作用中不同结构之间穿梭电子以分裂水并产生氧气一样，这种新型催化剂的两个组成部分可以快速地转移阳光激发的电子。在催化剂中两种组分的量将被优化，以理想2：1比例产生氢气和氧气。

共同作者Majima说：“以日光为动力的氢能生产是以氢为导向的基础，我们克服了一个重大的障碍，但是在未来将氢作为实际燃料来源还有许多工作要做。”

原文链接:Ultrathin black phosphorus for solar-driven hydrogen economy  
本文由材料人编辑部李妹编辑，点我加入材料人编辑部。

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