雖然染料敏化金屬氧化物（dye-sensitized metal oxides）是作為太陽能驅(qū)動(dòng)Z-型水分解的析氫光催化劑的良好候選者，但由于不受控制的電荷重組反應(yīng)，它們的太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣（solar-to-hydrogen, STH）能量轉(zhuǎn)換效率仍然很低。

基于此，日本東京工業(yè)大學(xué)Kazuhiko Maeda和美國賓夕法尼亞大學(xué)Thomas E. Mallouk（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種用無定形三氧化二鋁（Al₂O₃）和聚（苯乙烯磺酸鹽）（PSS）對(duì)Ru染料敏化的Pt插層HCa₂Nb₃O₁₀納米片（Ru/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀）的改性，顯著提高了整體水分解的STH效率。

在文中，作者利用Al₂O₃和PSS進(jìn)一步改性Ru染料敏化鈮酸鹽納米片，與PtO_x/H-Cs-WO₃ OER光催化劑和I₃^–/I^–氧化還原穿梭結(jié)合，即使在模擬陽光的弱強(qiáng)度下，也可以用作高效的HER光催化劑。實(shí)驗(yàn)表明，在Ru染料敏化納米片上發(fā)生了非常有效的反電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而導(dǎo)致整體水分解的STH能量轉(zhuǎn)換效率較低。

對(duì)比使用未改性的Ru/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀的類似系統(tǒng)，一個(gè)因素約100，當(dāng)PSS/Ru/Al₂O₃/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀納米片與基于WO₃的析氧（OER）光催化劑和I₃^–/I^–氧化還原介質(zhì)結(jié)合使用時(shí)，其整體水分解效率提高了約100倍。

此外，PSS/Ru/Al₂O₃/Pt/HCa₂Nb₃O₁₀光催化劑在420 nm處獲得了0.12%的最大STH和4.1%的表觀量子產(chǎn)率（AQY），是目前已報(bào)道染料敏化水分解系統(tǒng)中最高值，可與傳統(tǒng)的基于半導(dǎo)體的懸浮顆粒光催化劑系統(tǒng)媲美。

Surface-modified, dye-sensitized niobate nanosheets enabling an efficient solar-driven Z-scheme for overall water splitting. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.adc9115.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9115.