近日，中科院金屬所沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室成會(huì)明研究組制備出具有可見光全光譜吸收的紅色二氧化鈦光催化材料，這意味著有可能利用二氧化鈦基光催化材料實(shí)現(xiàn)高效可見光分解水制氫，對(duì)于太陽能的大范圍高效利用具有重要的意義。相關(guān)成果先后發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》和《能源與環(huán)�？茖W(xué)》。

    據(jù)介紹，通過光催化實(shí)現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，例如光催化分解水制氫，是獲得新能源的一個(gè)極具前景的重要途徑。發(fā)展可全光譜吸收可見光（波長(zhǎng)為400～700納米）的光催化材料，是實(shí)現(xiàn)高效太陽能光催化轉(zhuǎn)化的前提。然而，多數(shù)穩(wěn)定的光催化材料的可見光吸收低。通過摻雜能縮小光催化材料的帶隙，是增加光催化材料可見光吸收的基本手段。銳鈦礦二氧化鈦是目前科學(xué)界研究最為廣泛的光催化材料。利用摻雜手段，可在一定程度上增加該材料的可見光吸收，但此前要實(shí)現(xiàn)可見光全譜強(qiáng)吸收仍是未解的難題。

    此次科研人員通過間隙原子弱化金屬原子與氧（M-O）的鍵合實(shí)現(xiàn)替代晶格氧的摻雜原子進(jìn)入體相的新方法，成功突破了在非層狀結(jié)構(gòu)材料（如二氧化鈦）中實(shí)現(xiàn)摻雜原子的體相摻雜，從而獲得了硼/氮梯度共摻雜銳鈦礦二氧化鈦材料。改良材料呈現(xiàn)獨(dú)特的紅色，實(shí)現(xiàn)了可見光全譜強(qiáng)吸收，將二氧化鈦光電解水產(chǎn)氫的活性光響應(yīng)范圍拓展至700納米。

    研究人員還系統(tǒng)研究了可見光全譜吸收二氧化鈦摻雜的原子鍵尺度理論機(jī)制。

    該研究得到國家自然科學(xué)基金委重大研究項(xiàng)目、科技部“973”項(xiàng)目和中科院“太陽能行動(dòng)計(jì)劃”的資助。