我科学家发现：水分子“贴紧”富勒烯可触发高效光解水产氢

科技日报记者王禹涵

光催化分解水制氢是清洁能源领域的热点，但水分子与催化剂活性位点的距离如何影响反应效率，长期缺乏系统研究。近日，西安交通大学张锦英教授团队取得突破，发现将水分子与富勒烯C60的距离缩短至3.07埃（Å），无需任何化学修饰或金属辅助，即可触发高效光解水产氢反应。相关成果于5月14日在线发表于《应用催化B：环境与能源》。

（a）C60水团簇合成示意图。（b）C60水团簇的HRTEM图像。（c、d和e）C60水团簇的BF和元素分布图。（f）C60和C60水团簇的XRD光谱、（g）拉曼光谱、（h）紫外-可见光谱和（i）XPS光谱。受访单位供图

C60是一种由60个碳原子组成的碳笼状分子，又称富勒烯。“我们首次发现，未经过任何化学修饰的富勒烯C60本身可通过调控其与水分子的距离，实现光解水制氢。”张锦英告诉科技日报记者。

（a）在不同条件下，C60@(H2O)60在有或没有Pt、有或没有光照射和抗坏血酸牺牲剂的情况下的产氢比较。（b）在有和没有Pt的情况下，C60@(H2O)60在12小时内的产氢性能。（c）通过计算的C60@(H2O)60全部还原以及在有和无Pt的情况下进行12小时实验的氢气产量。（d）这项工作（红星）和其他C60基光催化剂之间H2释放速率的比较。（e）氢在不同波长（400、420、450、500、550和600nm）下的表观量子效率。受访单位供图

团队采用简单的溶剂转换超声法，将原本疏水、O-C距离大于3.55/3.56Å的C60转变为C60@(H2O)60凝胶结构，使O-C距离缩短至约3.07Å。研究发现，距离的缩小显著增强了C60与水之间的电子转移，产氢速率达到5.7毫摩尔/小时/克，高于绝大多数碳基光催化剂。

“这好比让水分子‘贴紧’催化剂的表面，电子传递的‘通道’就被打通了。”张锦英解释。由于C60碳笼高度对称、所有碳原子等价，它为精确测定分子间距提供了理想模型，为设计高效光催化剂开辟了新思路。

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