在太阳能到化学能转换的解决方案中，由于投资成本相对较低且技术简单，使用颗粒状光催化剂进行光催化水分解被认为是大规模制氢的一种经济方法。但是，目前由于电荷分离效率低以及H2和O2之间可能发生逆反应，光催化总水分解仍然受到极低的太阳能转化效率。此外，大多数报告的可见光响应性颗粒光催化剂仅在牺牲剂存在下才对析氢或产氧半反应具有活性。因此，迫切需要开发新颖的策略和光催化剂以有效且可扩展地生产太阳能氢。近日，中科院大连化物所李灿院士团队模仿自然光合作用，展示了一种切实可行的方法，称为“氢农场项目”（HFP），该方法由太阳能捕获和制氢子系统组成，该子系统由穿梭离子环Fe³⁺ /Fe²⁺集成。

文章要点：

1）实验证明，同时暴露{010}和{110}面的BiVO₄晶体表现出极高的水氧化效率，导致AQE高达71％，更重要的是，可以完全阻止Fe²⁺穿梭离子的逆反应。

2）使用这种理想的光催化剂，成功实现了HFP方法。可以实现超过1.97％的总体太阳能转化率和超过1.85％的太阳能转化率。

3）在户外日光照射下，通过HFP储存太阳能的可伸缩光催化剂面板得到了充分展示。

总之，这项工作为通过使用颗粒光催化剂大规模收集太阳能和生产太阳能氢提供了一种有前途的实用策略。

Zhao, Y., et al, A Hydrogen Farm Strategy for Scalable Solar Hydrogen Production with Particulate Photocatalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI:10.1002/anie.202001438

https://doi.org/10.1002/anie.202001438