2004年,单层二维(2d)石墨烯纳米片横空出世,此后,2d材料在许多领域获得广泛应用——比如,“人工光合作用体系”。在这类人工体系中,人类效仿自然,利用2d材料独特的物化性质,吸收太阳能并催化氧化还原反应,合成燃料分子。
西湖大学孙立成院士等在《国家科学评论》(national science review, nsr)发表perspective文章,分析了基于2d材料构建的人工光合作用体系在太阳能燃料合成方面的研究进展、面临的科学问题及挑战。
在人工光合作用体系中,2d材料作为光吸收体,可以捕获太阳光,同时产生高能态的电子-空穴对。由于2d材料的厚度仅为纳米级,光生电子和空穴能够迅速分别迁移到还原性和氧化性的助催化剂处,分别促进还原反应(her、co2还原及n2还原等)和水氧化反应的发生,完成人工光合作用。此外,2d材料具有高比表面积,能提供更多的活性位点和更高的光催化活性;其平面结构也使其易被修饰。