人民網北京10月13日電 （記者趙竹青）太陽能光催化反應可以使水分解產生氫氣，以及還原二氧化碳產生“太陽燃料”。太陽光這種神奇的“魔法”是如何實現的，一直是科學領域的難題。近日，從中國科學院傳來好消息：中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）李燦院士、范峰滔研究員等帶領的科研團隊成功揭開這一謎團，“拍攝”到光生電荷轉移演化全時空影像。相關研究成果於10月12日在國際學術期刊《自然》上發表。

光催化分解水的核心科學挑戰在於如何實現高效的光生電荷的分離和傳輸。“光催化過程中，光生電子和空穴需要從微納米顆粒內部分離，並轉移到催化劑的表面，從而啟動化學反應。”范峰滔介紹，由於這一過程跨越從飛秒到秒、從原子到微米的復雜時空尺度，揭開這一過程的微觀機制極具挑戰性。

“長期以來，我們的團隊前赴后繼一直在致力於解決這一問題，在這個工作中，集成多種先進技術和理論，我們在時空全域追蹤了光生電荷在納米顆粒中分離和轉移演化的全過程。”李燦說。

李燦介紹，通過集成結合多種先進的表征技術和理論模擬，包括時間分辨光發射電子顯微鏡（飛秒到納秒）、瞬態表面光電壓光譜（納秒到微秒）和表面光電壓顯微鏡（微秒到秒）等，像接力賽一樣，第一次在一個光催化劑顆粒中跟蹤電子和空穴到達表面反應中心的整個機制。

時空追蹤電荷轉移的能力將極大促進對能源轉換過程中復雜機制的認識，為理性設計性能更優的光催化劑提供了新的思路和研究方法。“未來，這個成果有望促進太陽能光催化分解水制取‘太陽燃料’在實際生活中的應用，讓夢想逐漸變為現實，為我們的生產和生活提供清潔、綠色的能源。”李燦說。

單個光催化粒子從飛秒到秒光生電荷分離過程的全時空域原位動態“影像”拍攝。受訪者供圖

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