近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室及潔凈能源國家實驗室（籌）太陽能研究部（DNL16）李燦團隊首次揭示了強堿條件下半導體與分子產氫催化劑之間兩電子轉移機理，相關研究成果以通訊形式發表在《美國化學會志》（Yuxing Xu, Hongxian Han & Can Li etc. J. Am. Chem. Soc. 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b04080）上。

　　該研究團隊多年來一直從事半導體與分子催化劑（金屬絡合物分子）耦合體系的研究，旨在利用半導體的寬光譜吸收和分子產氫(或產氧)催化劑的高活性構建高效的光催化分解水產氫體系（J. Catal., 2011, 281, 318; ChemSusChem, 2012, 5, 849; Chem. Commun., 2012, 48, 988; Acc. Chem. Res., 2013, 46, 2355; J. Catal., 2016, 338, 168）。

　　太陽能光催化分解水是一個涉及多電子轉移的光化學反應過程，對于許多光催化體系的光生電子在半導體與催化劑之間的電荷轉移機理并不明確。科研人員通過對CoPy/CdS體系的電子轉移熱力學和動力學分析，結合電子自旋共振和紫外-可見吸收對鈷絡合物中間物種表征發現：當pH=13.5時，如果電子由CdS到Co(III)Py轉移經由兩步的單電子轉移過程，即Co(III)Py—Co(II)Py—Co(I)Py，第二個光生電子從CdS轉移到Co(II)Py，生成催化質子還原產氫不可避免的中間物種Co(I)Py熱力學驅動力不足，無法解釋在強堿條件下觀察到的產氫實驗結果；而單步的兩電子轉移路徑，即Co(III)Py—Co(I)Py，使Co(I)Py的生成成為可能，并最終實現催化質子還原制氫。該發現不僅揭示了半導體與分子催化劑之間可能的多電子轉移過程，而且為基于多電子轉移機理構建高效光催化體系提供了新的研究思路。

　　該工作得到了科技部“973”項目、國家自然科學基金和教育部能源材料化學協同創新中心(iChEM)的資助。

大連化物所發現半導體光催化劑中單步兩電子轉移機理