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提高1000倍！半导体量子线实现高光催化效率！

来源：时间：2023-07-25 15:28:52 浏览：1010次

第一作者：Chong Zhang

通讯作者：俞书宏院士、李毅教授

通讯单位：中国科学技术大学

DOI: 10.1002/anie.202305571

01

研究背景

传统的光催化过程涉及半导体电子空穴对的产生、转移和表面氧化还原反应，其中低效率的电荷转移过程几乎是实现高效太阳能到燃料转换的最常见的限制问题。最大化空穴转移动力学，基于半导体的人工光合作用中的速率决定步骤，对实现高效太阳能制氢和空穴利用至关重要，但还面临着挑战，因为目前主要是通过经验上使用牺牲电子供体（SEDs）来消耗浪费的空穴来优化涉及电子的半反应。基于此，中国科技大学俞书宏院士和李毅教授等人使用量子限制的ZnSe纳米线作为光催化剂模型，清楚地看到了小分子SEDs如何控制空穴转移动力学从而光催化性能。

02

文章要点

1、作者从热力学和动力学的角度对不同SEDs中量子限制的ZnSe纳米线的空穴转移过程进行研究，构建了驱动力、空穴转移动力学和光催化性能之间的关系。

2、研究发现这种弱量子限制半导体中发现的俄歇辅助空穴转移动力学可使光催化制氢的效率提高3个数量级。

3、本发现为制定空穴转移的设计原则，并进一步利用了量子限制胶体半导体纳米晶体中高效的太阳能到化学转换提供有力支撑。

03

图文展示

图1. ZnSe纳米线在不同SEDs中的光催化产氢

图2.不同SEDs中ZnSe纳米线空穴转移的热力学分析

图3. 不同SEDs中ZnSe纳米线的瞬态吸收（TA）光谱

图4. [S]和AA中量化ZnSe纳米线的空穴转移动力学

图5. ZnSe纳米线在不同反应溶液中的载流子动力学

图6. ZnSe-Pt纳米线在不同SEDs中的光催化性能和相应的载流子动力学

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