【中新社北京十月八日电】（记者 孙自法）记者八日从中国科学院金属研究所获悉，该所太阳能与氢能材料研究团队最新研究发现，利用一种叫做「晶格工程」的策略，通过给光催化材料聚三嗪醯亚胺（PTI）「补钙」改变生长的「配方」，成功让它内部的光生电荷更容易分开并且各行其道，从而提高太阳能光解水制氢效率。

　这项光催化分解水制氢领域的重要研究成果论文，近日在国际学术期刊《自然-通讯》发表。该研究为调控聚合物半导体光催化材料的光物理属性、推动聚合物半导体材料在不同光能转换场景中的应用，提供了可参考的有效策略。

　研究团队介绍说，PTI是一种碳氮聚合物半导体，因其低成本、环境友好、能带结构合适等特性，被认为在开展低成本规模化全分解水制氢方面具有巨大潜力。然而，当前PTI的光催化分解纯水制氢效率仍然较低，这主要归结于其作为聚合物材料的一些致命弱点，这也是许多聚合物半导体材料在将光能转化为其他能量形式时面临的共同挑战。

　以往制备PTI时，使用的是氯化锂和氯化钾的混合熔盐，并由熔盐冷却时析出的氯化钾晶体作为PTI形核和生长的基体，得到的是PTI六棱柱晶体（PTI-LiK）。

　在本项研究中，研究团队改变了PTI材料的生长环境和形核生长的基体，通过改用氯化锂和氯化钙的混合熔盐，由熔盐冷却时析出的氯化钙晶体作为PTI形核和生长的基体，最终制备出一种钙掺杂（即「补钙」）PTI六棱纳米盘（PTI-LiCa），实现「激子」中光生电子和「空穴」之间的结合能从四十八点二毫电子伏大大降低到十五点四毫电子伏，比室温下的热扰动能（二十五点七毫电子伏）还要低，也即在室温环境的热扰动下，激子中的光生电子和「空穴」就会自动「分手」，产生激子自发解离现象，形成自由电荷。利用先进的超快光谱技术，研究团队亲眼「看到」这一解离过程。

　此外，解离后自由的光生电子和「空穴」能够朝著不同的方向移动，就像沿著为它们规划的「单行道」分道扬镳，从而在空间上分离了制氢和制氧的反应位点，这有效避免了相互干扰和副反应的发生。

　研究团队表示，得益于「补钙」产生的功效，光催化剂分解纯水初始制氢活性提高了三点四倍。◇