Joule綜述：通過分子工程製備水分解和二氧化碳還原功能器件

【 引言 】

化石能源的過度消耗和諸如環境污染、溫室效應等全球問題推動著人類對可再生能源的不斷探索。太陽能是幾乎取之不盡的清潔可持續能源，將太陽能轉換為電力或者是熱能是利用太陽能最直接的方法，但是此類途徑存在著難以解決的問題：一方面由於海拔、經緯度、氣候等不同，太陽能在地球表面的分布並不均勻；另一方面電力、熱量很難大量的存儲和運輸。將能量儲存在穩定的化學物質如氫氣或碳基燃料中可以有效的解決由太陽能時間、空間分布不均勻造成問題，因此通過水分解或二氧化碳還原反應儲存太陽能的策略受到人們的廣泛關注。

【 成果簡介 】

分子催化劑和分子捕光材料的結構可以精確的控制，因此能更好的揭示結構與反應活性之間的關係。將納米材料與分子催化劑或分子捕光體系結合構建水分解和二氧化碳還原功能器件的研究在近年迅速發展。近日，大連理工大學孫立成教授團隊在Joule雜誌發表綜述論文「Device Fabrication for Water Oxidation, Hydrogen Generation, and CO2Reduction via Molecular Engineering」。全文總結了通過分子工程製備電驅動和光電驅動的水分解和二氧化碳還原反應功能電極的各種策略。綜述對水分解器件製備策略進行了系統性的介紹，詳細的闡述了包括水氧化、產氫和二氧化碳還原反應在內的多種分子器件模型，並且根據催化劑在電極材料（包括導電基底、染料敏化半導體和窄帶寬半導體）上的負載方法對分子器件進行了清晰地分類，對今後太陽能燃料分子器件研究提供了一定指導意義。

【 圖文導讀 】

圖1. 三種水分解策略的示意圖。

圖2.催化劑通過芘取代基在碳納米管上吸附而構建電極的實例。

圖3. 將催化劑包埋於聚合物材料中而構建電極的實例。

圖4. 用非共價吸附策略而構建電極的實例。

圖5. C-C共價鍵連接而構建電極的實例。

圖6. 酯鍵-金屬氧化物共價連接催化劑而構建電極的實例。

在對PEC器件的分類中，作者將染料敏化半導體或窄帶寬半導體看成催化劑負載的基底材料，根據催化劑在基底上的負載方法，對PEC器件進行了分類。

圖7. 催化劑通過非共價連接策略構建PEC器件的實例。

圖8. 催化劑通過包埋於聚合物材料策略構建PEC器件的實例。

圖9. 催化劑通過共價鍵與光敏劑連接策略構建PEC器件的實例。

圖10. 催化劑通過「層層組裝」與光敏劑連接策略構建PEC器件的實例。

圖11. 催化劑通過吸附基團構建PEC器件的實例。

圖12. 基於共吸附策略製備的分子體系Z-Scheme PEC電池的實例。

圖13. 催化劑通過吸附基團直接負載於可見光吸收半導體基底的實例。

圖14. 染料敏化-可見光吸收半導體水氧化器件的實例。

表1. 水分解電極製備策略總結。

Open Access全文獲取鏈接：Device Fabrication for Water Oxidation, Hydrogen Generation, and CO2Reduction via Molecular Engineering.Joule2018, 2, 36. https://doi.org/10.1016/j.joule.2017.10.012

供稿丨深圳市清新電源研究院

部門丨媒體信息中心科技情報部

投稿丨Licheng Sun團隊

編譯丨晁棟樑博士

主編丨張哲旭

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