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新型自然和人工光合杂化系统实现太阳能全分解水制氢

在自然光合作用中,位于叶绿体类囊体膜上的光系统II(PSII)可利用太阳能将水氧化放出氧气,同时产生的电子和质子,并在后续的生化反应中用于还原CO2生成碳水化合物。在人工光合成分解水体系中,水的催化氧化仍然是最具有挑战性的课题,受到世界各国科学家的广泛重视。构建自然光合和人工光合耦合体系可集成两种系统的优势,有望实现高效水分解反应,相关研究具有重要的科学意义。


近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、洁净能源国家实验室(筹)李灿院士点击查看介绍宗旭研究员点击查看介绍王旺银等人在人工-自然耦合光合水分解系统的设计及构建研究取得进展,该团队发展了新型的光催化-光电催化Z-scheme设计,并基于此设将生物光合酶PSII和硅基光化学电池耦合构建了全新的自然-人工光合杂化系统

该系统不仅可以实现太阳能驱动下完全分解水反应(即:2H2O→O2+2H2),而且H2和O2自然分离,避免了传统Z-scheme设计中H2/O2难以分离的问题;叠层设计实现了人工系统对短波段、自然系统对长波段太阳能的互补吸收,大大提高了太阳能利用效率和系统稳定性。该研究为进一步发展高效自然-人工杂化太阳能光合体系提供了新的思路。


该研究结果以“Hot Paper”的形式发表在《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604091)期刊,第一作者王旺银博士硕士研究生王洪


该研究工作得到了科技部973项目、国家自然科学基金委和教育部能源材料化学协同创新中心(2011•iChEM)和青年千人计划项目的资助。


该论文作者为:Wangyin Wang, Hong Wang, Qingjun Zhu, Wei Qin, Guangye Han, Jian-Ren Shen, Xu Zong, Can Li

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201604091/abstract

Spatially Separated Photosystem II and a Silicon Photoelectrochemical Cell for Overall Water Splitting: A Natural–Artificial Photosynthetic Hybrid

Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 9229-9233, DOI: 10.1002/anie.201604091


导师介绍

李灿院士:http://www.x-mol.com/university/faculty/22686

宗旭研究员:http://www.x-mol.com/university/faculty/26735


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