Science子刊：PSS/Ru/Al2O3/Pt/HCa2Nb3O10实现高效太阳能驱动整体水分解

虽然染料敏化金属氧化物（dye-sensitized metal oxides）是作为太阳能驱动Z-型水分解的析氢光催化剂的良好候选者，但由于不受控制的电荷重组反应，它们的太阳能转化为氢气（solar-to-hydrogen, STH）能量转换效率仍然很低。

基于此，日本东京工业大学Kazuhiko Maeda和美国宾夕法尼亚大学Thomas E. Mallouk（共同通讯作者）等人报道了一种用无定形三氧化二铝（Al₂O₃）和聚（苯乙烯磺酸盐）（PSS）对Ru染料敏化的Pt插层HCa₂Nb₃O₁₀纳米片（Ru/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀）的改性，显著提高了整体水分解的STH效率。

在文中，作者利用Al₂O₃和PSS进一步改性Ru染料敏化铌酸盐纳米片，与PtO_x/H-Cs-WO₃ OER光催化剂和I₃^–/I^–氧化还原穿梭结合，即使在模拟阳光的弱强度下，也可以用作高效的HER光催化剂。实验表明，在Ru染料敏化纳米片上发生了非常有效的反电子转移反应，从而导致整体水分解的STH能量转换效率较低。

对比使用未改性的Ru/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀的类似系统，一个因素约100，当PSS/Ru/Al₂O₃/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀纳米片与基于WO₃的析氧（OER）光催化剂和I₃^–/I^–氧化还原介质结合使用时，其整体水分解效率提高了约100倍。

此外，PSS/Ru/Al₂O₃/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀光催化剂在420 nm处获得了0.12%的最大STH和4.1%的表观量子产率（AQY），是目前已报道染料敏化水分解系统中最高值，可与传统的基于半导体的悬浮颗粒光催化剂系统媲美。

Surface-modified, dye-sensitized niobate nanosheets enabling an efficient solar-driven Z-scheme for overall water splitting. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.adc9115.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9115.