植物树叶的类囊体膜(thylakoid membrane)具有空间分隔的PSI和PSII，能够构筑Z型结构发生电荷转移，将光转化为化学能。目前人们构筑的模拟树叶的人工光合系统中，制氢光催化剂和产氧光催化剂缺乏空间隔离和界面控制，导致制氢和产氧催化剂之间的电荷转移通道产生冲突，因此人工Z型光催化体系的电荷转移效率受到阻碍。

有鉴于此，中国科学院金属研究所刘岗研究员等报道图案化光催化剂，将其命名为人工树叶，其中含有有序排布并且空间分隔的产氧催化剂和制氢催化剂，实现了类似树叶的非直接Z型电荷转移路径。

本文要点

（1）

使用p-Cu₂O作为制氢催化剂，BiVO₄作为产氧催化剂，以导电FTO作为载体。从而能够调节光生载流子在p-Cu₂O和BiVO₄之间移动的方向，在光催化反应中以2:1的比例生成H₂和O₂。

（2）

这种光催化剂体系是新型光催化剂体系，模拟了树叶的全解水过程，集成了高活性的制氢催化剂和产氧催化剂。有助于发展高效率能源转化光催化体系。这项工作首次实现了人工构筑单一方向Z型体系，有利于加快Z型光催化体系的发展。

作者介绍

刘岗，2003年7月获得吉林大学材料物理专业学士学位；2003年9月—2009年5月就读于中国科学院金属研究所，先后获得材料学硕士和博士学位；2007年3月—2008年10月作为联合培养研究生在澳大利亚昆士兰大学从事研究工作；2009年7月—2012年8月任中国科学院金属研究所助理研究员；2012年8月—2014年9月任中国科学院金属研究所项目研究员；2014年获得“优秀青年科学基金”资助，10月任中国科学院金属研究所研究员 [2]；2018年12月—2023年9月任中国科学院金属研究所副所长。；2019年获得“国家杰出青年科学基金”资助，6月当选为亚太材料科学院副院士；2023年9月任中国科学院金属研究所所长。

参考文献

Chao Zhen, Honglei Zhu, Ruotian Chen, Zhaoke Zheng, Fengtao Fan, Bei Li, Xiaoxiang Xu, Yufei Du, Hui-Ming Cheng, Kazunari Domen, and Gang Liu*, An Artificial Leaf with Patterned Photocatalysts for Sunlight-Driven Water Splitting, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c10807

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10807