【前沿】光催化制太阳能燃料研究展望

随着化石资源(煤、石油、天然气)的日益枯竭和化石资源大量使用引起的环境污染等问题，发展可再生能源已经迫在眉睫。从长远来看，太阳能是唯一能够在总量上替代化石资源的可再生能源,因此，开发和利用太阳能关系到一个国家的能源安全、生态文明建设等问题，具有重要的意义。光催化制太阳能燃料，即利用太阳能分解水制氢或转化二氧化碳制备燃料（氢气，一氧化碳、甲醇、甲烷等），将太阳能以化学能的形式贮存起来并加以利用，虽然目前是一种前瞻性的科学技术，但因为转化的太阳能燃料能够与现有的能源结构很好地匹配，因此被认为是未来太阳能转化和利用的最佳方式之一。

由中国科学院大连化学物理研究所韩洪宪研究员、李灿院士发表于《国家科学评论》的观点文章“光催化制太阳能燃料”简要阐述了光催化制太阳能燃料前沿科学技术中粉体光催化、光电催化、光伏-电催化耦合的研究现状、发展趋势,并对该领域的未来进行了展望。光催化制太阳能燃料是能量爬坡的多电子转移催化反应，需要同时满足宽光谱吸收、有效电荷分离和高效表面催化反应的要求，因此非常具有挑战性，被认为是“科学的圣杯”。本文阐述了结与助催化剂对实现高效电荷分离、构建反应活性中心等起的关键作用及其最新研究进展。本文指出光电催化和光伏-电催化耦合的研究应该引起足够的重视，因为这些方法不仅有将氧化和还原产物直接通过膜分离的优势，同时太阳能-化学能转化效率已经接近光伏电池的水平，尽管现有系统的稳定性和价格仍然是个问题。光催化制太阳能燃料极有可能是未来太阳能转化利用的颠覆性技术，虽然目前仍处于前瞻性的实验室研究阶段，但相信随着研究的不断深入，在不久的将来会有突破性研究进展，因此呼吁国家层面上加大研究投入,占领未来可再生能源的制高点。（来源：科学网）