水溶性无机半导体材料实现光催化全分解水

　　近期华东理工大学材料科学与工程学院李春忠教授和杨化桂教授团队发现一种典型的可溶性无机半导体材料钼酸钠，可以作为有效的光催化分解水光催化剂材料用于全分解水过程。证明了未溶解部分的钼酸钠材料可以作为光催化分解水光催化剂材料并实现全分解水过程，并在365 nm波长的光辐照下展现出0.36 %的表观量子效率，相关的研究成果发表在2017年7月15日的《Applied Catalysis B: Environmental》上。 

　　图1. 水溶性无机半导体材料光催化全分解水示意图 

　　可溶性的无机物材料可以溶于水中，这是由于材料中正负离子的相互吸引所导致的，这使得材料晶体结构消失，进而使其失去了用于光吸收过程的能带结构。值得指出的是，如果在可溶性无机物材料的饱和水溶液中继续添加溶质，则该材料就会析出并维持晶体结构，而这部分未溶解的离子化合物将维持其原有的几何结构用于光吸收以及光生载流子的传输过程。这些都预示着未溶解的可溶性无机半导体材料有可能作为一类全新的光催化分解水光催化剂材料并用于全分解水过程。 

　　为了解析可溶性钼酸钠光催化剂材料中钼原子周边的本体原子级结构，该团队利用北京同步辐射装置1W1B线站的X射线吸收精细结构谱学技术表征对该材料的钼元素的K边吸收边进行了采集，并结合X射线衍射结果，所制备的光催化剂材料具有与钼酸钠本体化合物相类似的几何结构。为进一步研究溶解部分钼酸钠材料的可能电子结构与本体原子级结构，该团队用原位X射线吸收精细结构谱学表征对上述未饱和钼酸钠溶液进行了测试，结果说明在光辐照以及在黑暗条件下的钼元素的局域本体原子级结构没有发生任何变化。原位X射线吸收精细结构谱学表征说明，钼酸钠溶液不会对紫外光辐照有所响应，说明材料活性部分就是未溶解部分的钼酸钠光催化分解水光催化剂材料。 

　　图2. 利用在线XAFS手段表征未饱和钼酸钠溶液中Mo元素的K边吸收普及R空间图谱 

　　本文的结果展示了传统的可溶性无机物材料可作为光催化分解水光催化剂材料的一种新可能，同时也设想可溶性材料以及其机理研究将会对技术现实应用带来新的可能。 

　　发表文章： 

　　Yu Hang Li, Yun Wang, Li Rong Zheng, Hui Jun Zhao, Hua Gui Yang,* Chunzhong Li*, Water-Soluble Inorganic Photocatalyst for Overall Water Splitting. Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 209, 247-252.