过渡金属硫族化合物硫化钴通过温和的溶剂热路线，原位生长得到三维多层结构的硫化钴材料，并首次作为高效的双功能光催化剂驱动染料敏化体系下的水裂解产生氧气和氢气。硫化钴催化剂得到最优的H2产率为1196 μmol•h-1•g-1，O2收率为63.5%。瞬态光谱实验证明了快速电子转移发生于光敏剂和催化剂之间。这一高效、地壳丰产、廉价的水裂解催化剂可用于模拟人工光合作用，把太阳能转化为化学能。
兰州大学化学化工学院的丁勇教授课题组研究了高效的催化剂硫化钴，通过人工光合作用催化水分解产生氢气和氧气，利用各种光谱技术来探索其在可见光照射下染料敏化体系的光催化机理。
图1. 光催化水裂解产生氧气和氢气循环示意图
光催化动态变化过程中，发生在光敏剂和催化剂之间的快速电子转移得到激光闪光光解实验的证实。在水氧化半反应过程种，光敏剂[Ru(bpy)3]2+受到可见光激发，瞬态吸收光谱检测到的[Ru(bpy)3]3+浓度降低表明催化剂硫化钴发生氧化形成高价态物种，从而氧化水分子生成氧气。同时在析氢的半反应中，光激发产生的瞬态吸收峰归因于光敏剂EY（3EY*）激发态的吸收；当加入催化剂硫化钴后，作者检测到阳离子自由基EY+•出现，伴随着3EY*衰变寿命变短，由此证明了一个电子从光敏剂3EY*快速地转移到催化剂硫化钴上。研究通过光谱实验证明了该催化剂可以加速电子有效地转移，为探索开发新型高效、廉价丰产的催化剂应用于人工光合仿生裂解水提供了新的方向与借鉴。该论文已发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是兰州大学的研究生郑敏。
图2. 析氢半反应的激光闪光光解实验
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