東京工（gōng）業大學（Tokyo Institute of Technology）的科（kē）學家們開發了一種由金屬氧化物納米片和吸光（guāng）分子構建的混合材料（liào），用於在陽光下分解水分子以獲得氫氣（H2）。由於H2可以作為無碳燃料使用，該研究（jiū）為清潔能源的生（shēng）成提供了相關的啟示。

隨著化石燃料的枯（kū）竭及其燃燒帶來的環境問題，開發清潔能源發電技術成為全球關注的（de）話題。在所提出的各種清潔能源發電方法中，光催化水分解法顯示出很大的前景。這（zhè）種方法利用（yòng）太陽能使水分子分解，得到氫氣（H2）。然後，H2可以作為一種（zhǒng）無碳燃料或作為生產許多重要化（huà）學品的原料。

現在，東京工業大學Kazuhiko Maeda領導的研究小組開發出了一種（zhǒng）由納米級金屬氧化物片和釕染料分子組成（chéng）的新型光催化劑，其工作機理（lǐ）與染料敏化太陽能電池類似。光催化水分解成H2和O2的金屬氧化物具有較（jiào）寬的帶隙，而染料敏化氧化物可以利用太陽光中（zhōng）的可見光。新型光催化劑能夠從水中生（shēng）成H2，周轉頻率為每小時1960次（cì），外部量子產率為2.4%。

這些結果是（shì）染料（liào）敏化光催化劑在可見（jiàn）光下（xià）的最高記錄，使Maeda團隊離（lí）人（rén）工光合作用的目標更（gèng）近了一步。

這種（zhǒng）新材料發表在《Journal of the American Chemical Society》上，是（shì）由高表麵（miàn）積的铌（ní）酸鈣納米片（HCa2Nb3O10）與作為H2進化位點的鉑（Pt）納米團簇交錯構成的。然而，鉑改性納米（mǐ）片並不能單獨（dú）發揮作（zuò）用，因為它們不能有效地吸收太陽光。因此（cǐ），將可見光（guāng）吸收的（de）釕染料分子與納米片相（xiàng）結合，實現了太陽（yáng）驅動的H2析出（chū）。

該材料之所以高（gāo）效，是因為采用了納米片，可以通（tōng）過化學剝（bāo）落片（piàn）狀（zhuàng）HCa2Nb3O10獲得。納米片的高表麵積（jī）和（hé）結構靈活性最大限度地提高了染料負載量和H2析出位點的密度，從而提高了H2析（xī）出效率。同時，為了優化性能，Maed團隊還用非晶氧化鋁對（duì）納（nà）米片進（jìn）行了改性，這對提高電子傳（chuán）輸效（xiào）率起到了重要作（zuò）用。"史無前例的（de）是，納米片的氧化（huà）鋁改性在反應過程中促進了染（rǎn）料（liào）再生，而（ér）不妨礙電子從激發態染料（liào）注入納（nà）米片，這是染料敏（mǐn）化（huà）H2析出的主要步驟（zhòu），"Maeda說（shuō）。"一直以來，人們認（rèn）為在可見光（guāng）下（xià）使用染料敏化光催化劑高效地通（tōng）過整（zhěng）體水分解實現H2析出非常困難，我們的研究結果清楚地表明，利用精心設計的分子-納米材料混合體，這確（què）實是可能的。"

後續還將進行更多研究，進一步優化混合型光催化劑的（de）設計，以（yǐ）提高其效率和長期耐久性。

論文標題為《An Artificial Z-Scheme Constructed from Dye-Sensitized Metal Oxide Nanosheets for Visible Light-Driven Overall Water Splitting》。