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光催化分解水制氫是清潔能源領(lǐng)域的熱點，但水分子與催化劑活性位點的距離如何影響反應(yīng)效率，長期缺乏系統(tǒng)研究。近日，西安交通大學(xué)張錦英教授團(tuán)隊取得突破，發(fā)現(xiàn)將水分子與富勒烯C60的距離縮短至3.07埃（?），無需任何化學(xué)修飾或金屬輔助，即可觸發(fā)高效光解水產(chǎn)氫反應(yīng)。相關(guān)成果于5月14日在線發(fā)表于《應(yīng)用催化B：環(huán)境與能源》。
C60是一種由60個碳原子組成的碳籠狀分子，又稱富勒烯。“我們首次發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)過任何化學(xué)修飾的富勒烯C60本身可通過調(diào)控其與水分子的距離，實現(xiàn)光解水制氫。”張錦英告訴科技日報記者。
團(tuán)隊采用簡單的溶劑轉(zhuǎn)換超聲法，將原本疏水、O-C距離大于3.55/3.56?的C60轉(zhuǎn)變?yōu)镃60@(H2O)60凝膠結(jié)構(gòu)，使O-C距離縮短至約3.07?。研究發(fā)現(xiàn)，距離的縮小顯著增強(qiáng)了C60與水之間的電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)氫速率達(dá)到5.7毫摩爾/小時/克，高于絕大多數(shù)碳基光催化劑。
“這好比讓水分子‘貼緊’催化劑的表面，電子傳遞的‘通道’就被打通了?！睆堝\英解釋。由于C60碳籠高度對稱、所有碳原子等價，它為精確測定分子間距提供了理想模型，為設(shè)計高效光催化劑開辟了新思路。
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