日前，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士、范峰滔研究员首次“拍摄”到光催化剂光生电荷转移演化的全时空图像，为进一步研究利用人工合成光催化剂进行太阳能分解水制氢等难题打下基础，相关研究成果于北京时间12日晚在国际学术期刊《自然》上发表。如果能够利用光直接将水解离，那么地球上的水资源都可以得到充分的利用，人类将拥有更多的能源，有望解决目前面临的能源安全、环境保护以及经济和生态可持续发展问题。科学家们在研究中，发现有一个问题很难解决——水的高效分解。大连化物所团队开始寻找光催化的“突破口”。作为决定光催化效率的关键——光生电荷在光催化剂中的转移和运输，以及从内部到表面反应位点的转移引起了他们的注意。团队早期在国际上率先发展高空间分辨表面光电压成像新方法，实现了光催化纳米粒子的电荷分布成像研究。在该研究中，研究团队进一步利用在时间和空间分辨能力上可以衔接的“接力相机”，跨越多个时空间尺度拍摄到光生电荷分离演化的动态全时空图像。
△单个光催化粒子从fs到s光生电荷分离过程的全时空域原位动态“影像”拍摄（图片来源：大连化物所）
全时空图像不但明确了电荷分离机制与光催化分解水效率之间的本质关联，也将极大促进对能源转换过程中复杂机制的认识，为设计性能更优的光催化剂提供了明确的思路和研究方法。未来，这项成果也有望促进太阳能光催化分解水制取太阳燃料在实际生活中的应用，为我们的生产和生活提供清洁、绿色的能源。
