新華社北京10月12日電（記者 張泉、王瑩）太陽光是一種豐富的可再生能源，通過和光催化劑發(fā)生作用，可以催化分解水產(chǎn)生氫氣，以及還原二氧化碳產(chǎn)生太陽燃料（太陽能、水和含碳化合物轉(zhuǎn)化的燃料）。我國科學家近期“拍攝”到光催化劑光生電荷轉(zhuǎn)移演化全時空圖像，為突破太陽能光催化反應瓶頸、更加高效利用太陽能提供了新的認識和研究策略。

記者從中國科學院獲悉，該研究由中科院大連化物所李燦院士、范峰滔研究員等完成，相關(guān)成果12日在國際學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

由于太陽能光催化反應在清潔能源生產(chǎn)中的巨大應用潛力，國內(nèi)外科學家多年來在該領(lǐng)域開展了大量研究。然而，光激發(fā)產(chǎn)生的電荷是如何分離、轉(zhuǎn)移和參與化學反應的長期以來，這一關(guān)鍵過程的基礎(chǔ)科學問題并不明晰。

“光催化過程中，光生電子和空穴需要從微納米顆粒內(nèi)部分離，并轉(zhuǎn)移到催化劑的表面，從而啟動化學反應。”范峰滔介紹，由于這一過程跨越從飛秒到秒、從原子到微米的復雜時空尺度，揭開這一過程的微觀機制極具挑戰(zhàn)性。

此項研究中，科研人員綜合集成多種可在時空尺度銜接的技術(shù)，對光催化劑納米顆粒的光生電荷轉(zhuǎn)移進行全時空探測，首次在一個光催化劑顆粒中跟蹤了電子和空穴到表面反應中心的整個機制。他們還明確了電荷分離機制與光催化分解水效率之間的本質(zhì)關(guān)聯(lián)。

“時空追蹤電荷轉(zhuǎn)移的能力將極大促進對能源轉(zhuǎn)換過程中復雜機制的認識，為理性設(shè)計性能更優(yōu)的光催化劑提供了新的思路和研究方法。”李燦說，該成果有望促進太陽能光催化分解水制取太陽燃料在實際生活中的應用，提供更多清潔、綠色的能源。