超分子光化學(xué)研究團隊研制出了這種高效催化劑。光一照射氫氣就產(chǎn)生,，光照停止氫氣也停止,，待再照射時氫氣又出來了。催化劑不再一上陣就“犧牲”,。
利用太陽光分解水制氫,，長久以來被視為“化學(xué)的圣杯”。最新成果顯示,，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所（以下簡稱理化所）研究員吳驪珠團隊在摘取這只圣杯的道路上,，邁出了關(guān)鍵性的一步。
“我們超分子光化學(xué)研究團隊利用量子點這一新興‘人工原子’設(shè)計合成了人工光合成催化劑,，建立了通過量子點和廉價催化劑制備人工光合成催化劑的方法,。”吳驪珠在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時說,。
借此方法,，超分子光化學(xué)研究團隊獲得了高效、穩(wěn)定,、廉價的人工光合成催化劑,，在利用太陽能實現(xiàn)可見光催化制氫的研究上取得了突破性進展。
“化學(xué)的圣杯”
在能源短缺和環(huán)境污染的雙重倒逼下,，氫能早已被納入各國科學(xué)界的重點突破領(lǐng)域,。許多科學(xué)家甚至認為，如果能實現(xiàn)太陽能光催化分解水大規(guī)模制取氫氣,，人類將有可能從根本上消除環(huán)境污染,，緩和能源緊張形勢。
“因為氫氣的燃燒熱是汽油的3倍,，可以用在燃料電池上,。同時氫氣具有高還原活性，可以用在新型的原位還原反應(yīng)上,。就像自然界光合作用一樣,，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物,，比如葡萄糖等?！眳求P珠向《中國科學(xué)報》記者描繪著氫能利用的美好未來,。
長久以來，世界各國的科學(xué)家嘗試用各種化學(xué)合成的方法做出類似光合作用的人工結(jié)構(gòu),，但是結(jié)果卻非常不理想――人工合成的結(jié)構(gòu)在光照后始終無法產(chǎn)生氫氣,。
“我們能不能將吸光單元和人工模擬的氫化酶催化中心組裝起來，構(gòu)建一個人工合成的光催化劑,，看看可否產(chǎn)生氫氣,？”有多年光化學(xué)研究經(jīng)歷的吳驪珠一直在思考這個問題。2006年,，她帶領(lǐng)團隊開始了艱辛的探索,。
需要勇氣的實驗
2009年，吳驪珠帶領(lǐng)團隊將一個細胞單元與一個催化單元進行連接,，終于解決了傳統(tǒng)方法不產(chǎn)氫氣的難題,。
“在實驗中，我們將光照射在人工構(gòu)筑的催化劑上,，氫氣終于產(chǎn)生了,！”這個結(jié)果令吳驪珠和她的團隊成員們極為振奮。
但緊接著令人頭疼的問題又來了：催化劑一受光照便立刻“犧牲”了,。
“催化劑的制備對我們的合成功底要求很高，耗時耗力好不容易產(chǎn)出一點點催化劑,，可是卻要眼睜睜地看著催化劑上陣就犧牲的場景,，非常心疼?！眳求P珠回憶起當年實驗時的點滴時說,，“這要求科研人員非常勇敢，敢于犧牲珍貴的成果去進一步探索,?！?
盡管相關(guān)論文的發(fā)表過程并非一帆風(fēng)順，但是當實驗數(shù)據(jù)不斷被國內(nèi)外同行反復(fù)驗證后,，吳驪珠對自己選擇的方向與方法更具信心,。
“國際同行的成果‘咬’得很緊?！眳求P珠說,。對此，她與學(xué)生們作好了充分的心理準備,，“這一領(lǐng)域的國際競爭非常激烈,，我們需要時間讓大家認識我們”,。
從“嬌嫩”到“皮實”
盡管取得了不錯的成績，但是超分子光化學(xué)團隊并未就此止步,。
“我們面臨的難題是產(chǎn)出氫氣的效率依然不高,。”吳驪珠說,。
他們發(fā)現(xiàn),，產(chǎn)氫效率的催化轉(zhuǎn)化數(shù)TON值還不到1，也就是說一個催化劑分子產(chǎn)生氫氣的分子數(shù)小于1,。
疑慮隨之而來――盡管人工光合制氫“看上去很美”,，但是擁有它的代價卻依然太高，這會是一個實用的科學(xué)研究嗎,？
“這也是我們團隊一直思考的問題,。”她說,。
如何將這些人工光合制氫催化劑的能力不斷貫徹,，研制長壽、耐用,、廉價的催化劑是他們的奮斗目標,。自然界氫化酶選擇了廉價金屬鐵與鎳。吳驪珠帶領(lǐng)科研人員在理解了光合作用中氫化酶的作用原理后,，思考并嘗試制備高效但不“嬌嫩”的人工光合成催化劑,。
要完成這個目標，他們必須學(xué)習(xí)新知識,。
幸運的是,，超分子光化學(xué)研究團隊研制出了這種高效催化劑?！肮庖徽丈錃錃饩彤a(chǎn)生,，光照停止氫氣也停止，待再照射時氫氣又出來了,。催化劑不再一上陣就‘犧牲’,。”吳驪珠說,。
“嬌嫩”的催化劑終于“皮實”了起來,。“這應(yīng)該是一個實用的結(jié)果,，我們?yōu)榇松暾埩藝H和國內(nèi)的專利保護,。”吳驪珠說。
探索還在繼續(xù),?！拔覀儜?yīng)該回過頭看看還有哪些問題存在，不斷完善人工光合成的體系,?！彼f。
