日前，中國科學院大連化學物理研究所李燦院士、範峰滔研究員首次“拍攝”到光催化劑光生電荷轉移演化的全時空影象，為進一步研究利用人工合成光催化劑進行太陽能分解水制氫等難題打下基礎，相關研究成果於北京時間12日晚在國際學術期刊《自然》上發表。

如果能夠利用光直接將水解離，那麼地球上的水資源都可以得到充分的利用，人類將擁有無窮無盡的能源，有望解決目前面臨的能源安全、環境保護以及經濟和生態可持續發展。

科學家們在研究中，發現有一個問題很難解決——水的高效分解。

大連化物所團隊開始尋找光催化的“突破口”。作為決定光催化效率的關鍵——光生電荷在光催化劑中的轉移和運輸，以及從內部到表面反應位點的轉移引起了他們的注意。團隊早期在國際上率先發展高空間分辨表面光電壓成像新方法，實現了光催化奈米粒子的電荷分佈成像研究。在該研究中，研究團隊進一步利用在時間和空間分辨能力上可以銜接的“接力相機”，跨越多個時空間尺度拍攝到光生電荷分離演化的動態全時空影象。

△單個光催化粒子從fs到s光生電荷分離過程的全時空域原位動態“影像”拍攝（圖片來源：大連化物所）

全時空影象不但明確了電荷分離機制與光催化分解水效率之間的本質關聯，也將極大促進對能源轉換過程中複雜機制的認識，為設計效能更優的光催化劑提供了明確的思路和研究方法。未來，這項成果也有望促進太陽能光催化分解水製取太陽燃料在實際生活中的應用，為我們的生產和生活提供清潔、綠色的能源。

（原標題《中國科學家團隊首次“拍攝”到光催化光生電荷轉移演化的全時空影象》）