近期，中国科学技术大学国家同步辐射实验室的刘庆华副研究员、姚涛教授、韦世强教授组成的研究组，利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学(XAFS)技术在研究CoOOH超薄二维结构材料调控太阳能水分解反应性能中取得重要进展，其成果发表在《德国应用化学》期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 55, 2137 (2016)），并被编辑选为有重要影响力的研究论文（Very Important Paper）。
“能源危机”已成为当今世界经济持续发展的重大难题。利用光催化水分解把太阳能转变为氢能的方式被普遍认为是解决人类未来能源的有效途径之一，这亟需高效、稳定和廉价的太阳能水分解制氢催化剂材料。过渡金属氧化物半导体材料具有地球储量丰富和化学性能稳定的突出优点，并且能够实现宽的太阳光谱吸收，被认为是用作光解水催化剂最有前途的材料。但是由于其低的载流子迁移率和光生电荷分离效率限制了其在光催化水分解制氢领域的实际应用。该研究组以过渡金属氧化物CoOOH为模型材料，制备出一种原子级厚度的CoOOH超薄纳米片光催化剂，大幅提升了可见光区的光生电荷分离效率和光催化产氢性能。同步辐射XAFS和超快瞬态吸收谱等技术揭示了这一高活性CoOOH超薄纳米片的构效关系，发现二维薄层结构极大地抑制了光生载流子的复合，其表面的Co-O悬空键改变了Co-3d电子结构和分布，降低了材料的活化能，从而显著提高了CoOOH纳米片光催化水分解产氢活性。
这个研究工作丰富了人们对于二维金属氧化物半导体光催化水分解材料的维度、结构和性能之间的相互联系的认识，为进一步设计并提高过渡金属氧化物半导体催化剂的光催化水分解性能提供了新思路。
该项研究得到国家自然科学基金重点项目、创新研究群体项目和科技部“973”项目等基金的资助。
CoOOH超薄纳米片光生载流子的分离和构效关系
