近日，中科院金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室成會(huì)明研究組制備出具有可見(jiàn)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(jiàn)光分解水制氫,，對(duì)于太陽(yáng)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(guó)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(guò)光催化實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(jiàn)光（波長(zhǎng)為400～700納米）的光催化材料,，是實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)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(jiàn)光吸收低,。通過(guò)摻雜能縮小光催化材料的帶隙,，是增加光催化材料可見(jiàn)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(jiàn)光吸收，但此前要實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光全譜強(qiáng)吸收仍是未解的難題,。

    此次科研人員通過(guò)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(jiàn)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(jiàn)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(guó)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(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃”的資助。