EPFL开发出人工光合作用制氢新方法

据国外媒体报道：瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的化学工程师们开发了一种新的人工光合作用方法，该方法利用收集的太阳能，从水中产生氢气作为清洁燃料。

生产氢气的一种方法是“水分离”，即水分子被分解成分子氢和氧。在人工光合作用中，光被吸收以产生分解水分子所需的能量。人工光合作用装置的经典设计相对简单：一个被称为天线的吸光染料，加上一个分离电荷的半导体（阳极和阴极），以及一个驱动水还原-氧化反应的电催化剂。然而，这个过程过于缓慢，用可见光（如太阳光）进行水分离仍然是人工光合作用的一个瓶颈。

EPFL Hubert Girault实验室的一项研究，为人工光合作用提供了一种新方法。这项工作已经发表在《美国化学学会金刊》（JACS Au）上。这项研究中，研究人员用一种简单的有机分子，即四硫代富勒烯（TTF）对水进行了光氧化，结果表明，TTF盐可以自组装成微棒，作为天线来捕捉可见光，并作为电子泵将水氧化成氧气。通常情况下，这是一个缓慢的、多步骤的反应，但是TTF盐分子的堆叠可以捕获氧化一个水分子所需的四个电子。

研究人员还使用了油包水乳液。TTF天线可以驻留在靠近水相的油相中，在那里提取水氧化产生的质子。就像自然界的光合作用一样，双相系统可以有效地分离反应物和产物。

TTF仅由碳、硫和氢原子组成，这些原子都是广泛存在的。这意味着这种新方法也具有成本效益和可持续性，因为它不需要任何贵金属离子，如铂或铱。

文献参考：Astrid J. Olaya, Julieta S. Riva, Dominika Baster, Wanderson O. Silva, François Pichard, Hubert H. Girault. Visible-Light-Driven Water Oxidation on Self-Assembled Metal-Free Organic@Carbon Junctions at Neutral pH. JACS Au 11 November 2021. DOI: 10.1021/jacsau.1c00408