植物樹葉的類囊體膜(thylakoid membrane)具有空間分隔的PSI和PSII，能夠構筑Z型結構發生電荷轉移，將光轉化為化學能。目前人們構筑的模擬樹葉的人工光合系統中，制氫光催化劑和產氧光催化劑缺乏空間隔離和界面控制，導致制氫和產氧催化劑之間的電荷轉移通道產生沖突，因此人工Z型光催化體系的電荷轉移效率受到阻礙。
有鑒于此，中國科學院金屬研究所劉崗研究員等報道圖案化光催化劑，將其命名為人工樹葉，其中含有有序排布并且空間分隔的產氧催化劑和制氫催化劑，實現了類似樹葉的非直接Z型電荷轉移路徑。
本文要點
（1）
使用p-Cu2O作為制氫催化劑，BiVO4作為產氧催化劑，以導電FTO作為載體。從而能夠調節光生載流子在p-Cu2O和BiVO4之間移動的方向，在光催化反應中以2:1的比例生成H2和O2。
（2）
這種光催化劑體系是新型光催化劑體系，模擬了樹葉的全解水過程，集成了高活性的制氫催化劑和產氧催化劑。有助于發展高效率能源轉化光催化體系。這項工作首次實現了人工構筑單一方向Z型體系，有利于加快Z型光催化體系的發展。
作者介紹
劉崗，2003年7月獲得吉林大學材料物理專業學士學位；2003年9月—2009年5月就讀于中國科學院金屬研究所，先后獲得材料學碩士和博士學位；2007年3月—2008年10月作為聯合培養研究生在澳大利亞昆士蘭大學從事研究工作；2009年7月—2012年8月任中國科學院金屬研究所助理研究員；2012年8月—2014年9月任中國科學院金屬研究所項目研究員；2014年獲得“優秀青年科學基金”資助，10月任中國科學院金屬研究所研究員 [2]；2018年12月—2023年9月任中國科學院金屬研究所副所長。；2019年獲得“國家杰出青年科學基金”資助，6月當選為亞太材料科學院副院士；2023年9月任中國科學院金屬研究所所長。
參考文獻
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
