光催化量子开发太阳能

　　以化石燃料为主的能源结构，具有不可持续性，并且已经对人类生存环境造成严重污染。发展新能源、清洁能源具有必要性和紧迫性。太阳能作为一种可再生能源，具有资源丰富、廉价、清洁的特点，如何高效地利用、转化与储存是当前国内外研究的重要课题。光催化作为太阳能利用手段受到广泛关注，它可以利用太阳能将水直接分解成氢气和氧气，将二氧化碳转化成有用化学品，还可以将有机物完全降解，符合低碳乃至无碳的发展要求，为解决能源问题和生态环境问题提供了极有潜力的解决方案。

　　光催化量子效率低是目前限制其规模化应用的最大瓶颈。围绕这个问题，科学家已经在催化剂开发（表面改性、体相掺杂、新型光催化剂等）以及活性评价（光解水活性、污染物降解动力学、矿化程度以及产物分析）等方面作了大量努力，但对污染物降解等微观界面机理的研究仍然严重不足，这使得光催化材料的研发主要是通过尝试模式进行，也使得在调控光催化界面反应过程、提高光催化效率方面缺乏有效的手段和思路。我们建立了针对光催化反应研究的同位素标定及原位红外等研究手段，揭示了光生导带电子活化分子氧在污染物光催化降解过程中的新作用，以及光催化分解水的质子耦合电子转移机理等一系列关键界面机理问题，并利用分子氧活化或质子转移实现了对有机物降解速率和降解产物的有效调控，为理解和控制光催化的界面反应提供了理论支持。（中国科学院化学研究所研究员 陈春城）