能源是人类社会赖以生存的物质基础，是经济和社会发展的重要资源。目前全球每年生产和消费的能源总量已经超过100亿吨标准油，其中90%左右是化石能源。化石能源不可再生，其大规模的开发利用，迅速消耗着地球亿万年积存的宝贵资源，同时引起气候变化、生态破坏等严重环境问题。开发利用可再生能源刻不容缓、势在必行，且成为人类社会可持续发展的共同议题。作为重要的可再生能源，太阳能具有独特的发展优势和巨大的发展空间。太阳能取之不尽，地球表面每年接收的太阳辐射能约为120000太瓦，即每1小时接收的太阳能足够满足全世界1年的能量消耗。将太阳能转化为化学能，并以氢气的形式储存是解决当前能源短缺和环境污染的重要途径。氢气能量密度高、清洁环保、使用方便，在燃烧时生成水，不产生任何污染物，是理想的能源载体；氢能与现有的能源系统匹配、兼容，能够方便、高效地转换成电或热，具有较高的转化效率。如果实现太阳能光催化分解水大规模制取氢气，人类将有可能从根本上消除环境污染，缓和能源紧张形势。当前世界各国高度重视，投入大量人力物力实施相关研究，并取得了许多重要进展。
中科院“光化学转换与功能材料”重点实验室超分子光化学研究团队长期致力于光化学转化的研究。近期，团队成员利用量子点这一新兴“人工原子”设计合成了新颖结构和组成的人工光合成催化剂，建立了通过量子点和廉价金属原位制备人工光合成催化剂的方法，获得了高效、稳定、廉价的人工光合成催化剂，取得了可见光催化制氢研究的突破性进展。例如：利用可见光照射MPA-CdTe量子点和无机钴盐成功制备了具有空腔结构的人工光合成催化剂Coh-CdTe。在抗坏血酸存在下光照70小时，Coh-CdTe的产氢速率为25μmolh-1mg-1，产氢效率TON高达219100（基于量子点摩尔浓度）或59600（基于催化剂的Co浓度）；利用可见光照射MPA-CdSe量子点和无机镍盐的异丙醇水溶液原位制备了Nih-CdSe/CdS核壳结构的人工光合成催化剂。可见光照射10小时，Nih-CdSe/CdS的产氢速率达153μmolh-1mg-1，产氢效率TON达15340（基于CdSe量子点摩尔浓度）或18000（基于催化剂的Ni浓度），可见光410nm光催化产氢的内量子效率为11.2%。通过XRD、XPS、ICP-AES表征揭示了光照后生成的Nih-CdSe/CdS核壳结构人工光合成催化剂，稳态和时间分辨光谱证明CdSe量子点受光激发后发生了向镍离子的光诱导电子转移，ESR及光谱实验证实在光照过程中产生了羟基自由基和丙酮，说明水参与了整个催化循环。相关研究结果发表在国际一流期刊《能源环境科学》(Energy Environ. Sci. 2013, 6(2), 465-469)及《先进材料》(Adv. Mater. 2013, 25(45), 6613-6618)上，并作为封面和封底文章重点向读者推荐。
实验室概况
