黑色WN金属性光催化材料分解纯水响应波长达765纳米

　　半导体光催化材料由于受热动力学和活化势垒方面的限制，其光催化分解纯水响应波长很难超过700纳米。金属性光催化材料可以通过带内跃迁产生电子空穴对的方式来突破这一限制。然而，金属性材料被用作全分解水光催化材料还未实现。华东理工大学材料科学与工程学院的一个研究组对金属性光催化材料进行了深入的研究，相关的研究成果发表在2017年5月19日的《Angewandte Chemie International Edition》上。 

　　该研究组可控制备出一种分解纯水响应波长达765纳米的金属性光催化材料氮化钨。研究人员通过导电率和电化学阻抗测试说明了氮化物光催化材料具有类似金属钨粉的物理性质。进一步，研究人员利用XPS，UPS和密度泛函理论确定氮化钨材料的能级位置，结果都说明氮化钨不存在类似于半导体的能带带隙，而是呈现类似于金属材料无能带带隙的性质。另外，研究人员通过理论计算的方式确认氮化钨材料的光催化分解水过程为放热反应，从热动力学方面验证了其易于完成光解水过程。利用北京同步辐射装置1W1B线站的XAFS技术对氮化钨的价态进行了研究，表明该催化材料中钨的价态介于钨和氧化钨之间。 

　　氮化钨材料的光催化反应可能路径图和其分解水反应过程中吉布斯自由能的变化曲线。理论上从B-1到CB的最小带内跃迁跨度值是4.7eV，这意味着可用来光催化分解水的最长波长是264nm，与实际条件不符。幸运的是，从CB到B1的带内跃迁跨度值满足氮化钨材料实现765nm光照射下全分解水的条件。另外，吉布斯自由能曲线变化趋势说明氮化钨光催化分解水过程为放热反应。 

　　“这一研究成果不仅首次实现了光催化领域金属性光催化剂全分解水，而且更重要的是，文中提出的氮化钨材料实现765nm 波长的光吸收。利用金属性光催化剂实现较长波长光响应的独特理念，势必对以后的太阳能转换利用领域带来全新的启示。” 北京大学化学与分子工程学院吴凯教授在2017年11月15日的《物理化学学报》中对该项工作做了亮点评述，（报道链接：http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/abstract/abstract29981.shtml）。另外，《中国科学网》也对他们的工作也进行了报道，（报道链接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/7/382243.shtm）。 

　　发表文章： 

　　Yu Lei Wang, Ting Nie, Yu Hang Li, Xue Lu Wang, Li Rong Zheng, Xue Qing Gong, Ai Ping Chen & Hua Gui Yang* Black Tungsten Nitride as a Metallic Photocatalyst for Overall Water Splitting Operable at up to 765 nm. Angew. Chem. Int. Ed. 56(2017), 7430-7434.