近日，我所催化基礎國家重點實驗室及太陽能研究部與福州大學化學學院合作發展了一種“固態Z-機制”復合光催化劑。這種催化劑能在可見光下將水分子和二氧化碳分子轉化為甲烷分子，實現了太陽能人工光合成燃料過程，研究論文在《美國化學會志》上發表。

人工光合成太陽燃料是指利用太陽能等可再生能源通過光催化，光電催化或電催化將水和二氧化碳轉化為化學燃料的過程。

人工光合成太陽燃料過程有若干反應，利用“太陽能的光催化+二氧化碳分子+兩個水分子”轉化為“甲烷分子+兩個氧分子”，其中涉及8個電子的多步反應，是挑戰性的一個反應。迄今為止雖然國外有大量文獻報道了這項反應，但試驗的反應效果都不理想。特別是光催化產生甲烷分子的反應，大多是在有犧牲劑存在情況下取得的結果，且沒有檢測到釋放氧氣或者檢測到的氧氣量遠低于化學計量比，所以這不是真正意義上的太陽能轉化為化學能的反應。

針對這一世界性難題，我國研發出一種工作用納米晶（3D-SiC）和二維納米片（2D-MoS2）通過靜電組裝技術，構筑出一種類似萬壽菊的納米結構形狀，具有二型異質結和Z-scheme半導體構型（采用兩種窄帶隙半導體材料，一端產O2，一端產H2。過剩的電子和空穴利用氧化還原對來中和和循環，從而實現持續地分解水。）。這種催化劑在400nm光照下，甲烷的光轉化產率達到1.75%。這個研究過程中可檢測到化學計量比例的氧氣和甲烷摩爾比接近2，同位素實驗也確認了化學計量氧的生成，這對于學術界理解和進行人工光合成具有重要借鑒意義。這個工作為人工光合成太陽燃料提供了一條新的途徑。

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