信州大学通过膦酸盐基团提供反应物 提升光催化制氢效率

据外媒报道，太阳能制氢的水分解研究（000591，Guba）主要集中在半导体内部的物理过程，如光吸收、电荷分离和表面的化学过程。这些过程非常复杂，并且取决于新材料的开发。然而，这种解决方案的内部过程尚不完全清楚。

新洲大学的研究人员最近提出了一种新的可见光响应光催化剂方法——镧和铑掺杂的钛酸锶（La，Rh:STO）——通过使用硅烷偶联剂在催化剂表面负载膦酸酯基团，从而提高光催化制氢率。膦酸酯官能团可以作为质子供应的介质，促进反应物的供应，并增强制氢活性。在水反应的光催化分解中，使用未缓冲的电解质或磷酸盐缓冲溶液作为反应溶液，这在以前的研究中已经证明。然而，前者主要关注光催化材料与溶液中离子之间的静电相互作用，而后者则关注磷酸盐阴离子作为质子介质的作用，这相当于从整体上设计电解质。本研究提出的概念既不是材料本身的开发，也不是电解质的制造，而是电解质-光催化剂界面的设计。这是一个新概念，通过将官能团固定在光催化剂粉末的表面上，来控制溶液中的物理和化学现象，特别是在催化剂表面附近。固定在粉末光催化剂表面的膦酸酯官能团可以有效地向活性中心提供质子作为介质，有助于提高制氢活性。首席研究员Kageshima Yosuke发现，当使用大量磷酸盐缓冲液作为反应溶液时，La，Rh:STO的制氢活性显著降低。人们经常关注磷酸盐阴离子作为质子介质的功能，但无论使用何种材料，在固液界面附近固定官能团的方法都是广泛适用和有效的。在下一步的研究中，研究人员将探索通过增加固定在表面的膦酸酯官能团的浓度来进一步增强活性。研究人员认为，有必要对膦酸酯官能团的扩散过程进行具体的定量评估，并进一步开发用于整个水分解反应。该校助理教授Kageshima希望通过太阳能的实际应用来制造一个独立的人工光合作用装置，将太阳能转化为易于储存和运输的化学能，促进低碳社会的实现。

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