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本文由李燦老師課題組博士生劉永賜稿，感謝分享。

PEC分解水制氫是利用太陽能制備燃料的理想途徑之一，其太陽能利用效率受多個(gè)因素影響，是電極光吸收效率、電荷分離效率和表面反應(yīng)即載流子注入效率的乘積。目前，PEC分解水的效率仍比較低，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵科學(xué)問題尚未解決，包括電極吸光有限、載流子復(fù)合嚴(yán)重、表面反應(yīng)過電位高且動力學(xué)慢、電極穩(wěn)定性差等。李燦老師課題組在啟動PEC分解水研究以來，圍繞光電極制備(Nanoscale, 2014, 6, 2061; Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 23544; Adv. Energy Mater. 2016, 1600864.)、助催化劑修飾(Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 4589; ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 3791; ChemSusChem 2015, 8, 3987.)、電解液的影響(J. Phys. Chem. B, 2015, 119, 3560.)、空穴儲存和傳輸層(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7295; Chem. Eur. J. 2015, 21, 9624; J. Phys. Chem. C 2015, 119, 19607; Energy Environ. Sci., 2016,9, 1327.)、基底電子傳導(dǎo)層(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 3791)、界面態(tài)能級調(diào)控(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138 (41), 13664.)、異相結(jié)的構(gòu)建(Chem. Sci. , 2016, 7, 6076.)及電極內(nèi)部顆粒間界面調(diào)控(Chem. Sci. , 2016, 7, 4391.)等問題取得一系列研究進(jìn)展。

該P(yáng)erspective系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外通過調(diào)控電極–溶液、半導(dǎo)體–助催化劑界面提高PEC分解水效率的研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論了助催化劑、電解液和界面功能層修飾的重要作用，并對半導(dǎo)體-溶液界面、載流子分離傳輸和轉(zhuǎn)移、表面反應(yīng)機(jī)理等諸多科學(xué)問題，以及反應(yīng)器設(shè)計(jì)、反應(yīng)條件等參數(shù)的影響進(jìn)行了討論和展望。首先，大量研究表明，擔(dān)載助催化劑是降低反應(yīng)勢壘、促進(jìn)表面反應(yīng)的最有效手段。其次，電解液參數(shù)的調(diào)變是提高PEC分解水效率的重要手段，因?yàn)殡娊庖弘x子會顯著影響表面反應(yīng)(陽離子可影響水分解及其逆反應(yīng)過程，陰離子可參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程)。此外，通過合適的界面層(例如空穴傳輸層、空穴儲存層、電子阻擋層等)進(jìn)行助催化劑和半導(dǎo)體間的界面修飾，對于促進(jìn)電荷分離和轉(zhuǎn)移、提高電極效率和穩(wěn)定性十分關(guān)鍵。

化學(xué)加補(bǔ)充：李燦院士簡介

李燦，現(xiàn)任中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室主任，2003年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。2007年至2012年任中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副所長，2003年2月至2012年7月任所學(xué)位委員會主任。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和日本東京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)理學(xué)博士。曾先后在比利時(shí)新魯汶大學(xué)、美國西北大學(xué)、英國利物浦大學(xué)、日本東京大學(xué)和美國里海大學(xué)進(jìn)行博士后及短期訪問教授的工作。

現(xiàn)任中國化學(xué)會催化委員會主任、中國物理學(xué)會光散射委員會主任、中法催化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室中方主任、國際催化學(xué)會理事會主席、英國皇家化學(xué)會Fellow。2005年當(dāng)選第三世界科學(xué)院院士、2008年當(dāng)選歐洲人文和自然科學(xué)院外籍院士。

主要從事催化材料、催化反應(yīng)和催化光譜表征方面的研究。研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國內(nèi)第一臺用于催化材料研究的紫外共振拉曼光譜儀并開始商品化生產(chǎn)；在國際上最早利用紫外拉曼光譜解決分子篩骨架雜原子配位結(jié)構(gòu)等催化領(lǐng)域的重大問題；發(fā)展了納米孔中的手性催化合成和乳液催化清潔燃料油超深度脫硫技術(shù)等。近年來，主要致力于太陽能光催化制氫以及太陽能光伏電池材料研究。