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通过分子工程制备水分解和二氧化碳还原功能器件

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  化石能源的过度消耗和诸如环境污染、温室效应等全球问题推动着人类对可再生能源的不断探索。太阳能是几乎取之不尽的清洁可持续能源,将太阳能转换为电力或者是热能是利用太阳能最直接的方法,但是此类途径存在着难以解决的问题:一方面由于海拔、经纬度、气候等不同,太阳能在地球表面的分布并不均匀;另一方面电力、热量很难大量的存储和运输。将能量储存在稳定的化学物质如氢气或碳基燃料中可以有效的解决由太阳能时间、空间分布不均匀造成问题,因此通过水分解或二氧化碳还原反应储存太阳能的策略受到人们的广泛关注。分子催化剂和分子捕光材料的结构可以精确的控制,因此能更好的揭示结构与反应活性之间的关系。将纳米材料与分子催化剂或分子捕光体系结合构建水分解和二氧化碳还原功能器件的研究在近年迅速发展。近期,精细化工国家重点实验室孙立成院士团队在Cell旗下能源类新期刊Joule(2018, 2, 36-60)发表综述论文“Device Fabrication for Water Oxidation, Hydrogen Generation, and CO2 Reduction via Molecular Engineering”。

全文总结了通过分子工程制备电驱动和光电驱动的水分解和二氧化碳还原反应功能电极的各种策略。综述对水分解器件制备策略进行了系统性的介绍,详细的阐述了包括水氧化、产氢和二氧化碳还原反应在内的多种分子器件模型,并且根据催化剂在电极材料(包括导电基底、染料敏化半导体和窄带宽半导体)上的负载方法对分子器件进行了清晰地分类,对今后太阳能燃料分子器件研究提供了一定的指导意义。

本综述由孙立成院士课题组的青年教师李福胜副教授和研究生杨昊等人完成。该工作得到了国家自然科学基金青年基金、973项目、中国博士后科学基金和大连理工大学的资助支持。

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