中科院《2023研究前沿》发布，太阳能燃料上榜！

【液态阳光】 获悉，近日，11月28日，中国科学院科技战略咨询研究院等单位联合发布 《2023研究前沿》 报告和 《2023研究前沿热度指数》 报告。

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在 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿 发展态势方面 ， 海水电解催化剂、电催化硝酸根还原合成氨 、阴离子交换膜燃料电池、电催化合成过氧化氢等入选。

在化学与材料科学领域共有 2 项研究入选 新兴前沿 ，其中包括 “ 高性能 HER 和 ORR 光催化剂的开发及其在太 阳能燃料合成中的应用 ”。

利用人工光合作用获取太阳能 燃料 ，在全球应对气候变化、环境污染和能源危机的任务中具有重要 价值。鉴于可扩展性和成本效益等 因素，在各种各样通过人工光合作 用获取太阳能燃料的反应中，太阳能驱动的水裂解制氢反应 (HER) 和 利用地球丰富的水和氧气进行人工 光合成 H2O2 的双电子氧还原反应 (ORR) 受到了众多研究者的关注。 在该新兴前沿方向中，主要 探讨了高性能 HER 和 ORR 光催化 剂的制备和优化路径，以实现太阳能燃料（氢气和双氧水）的高效、 快速制取 。

其中，针对 HER 光催 化剂制取氢气均围绕提高共价有机 框架化合物（ COF ）稳定性和提 升电子离域能力两方面展开： 中国科学院福建物质结构研究所 采 用将 COF 中的 N- 酰腙连接基元（ H-COF ）不可逆氧化环化形成芳香性的恶二唑连接基元（ ODA COF ）的策略，实现了 COF 化学 稳定性和 π 电子离域能力的同时 提 高， 制 备 的 ODA-COF 应用于 光催化制氢可产生比不经修饰的 H-COF 4 倍多的氢气；

由于碳碳双键连接单元具有良好的稳定性且利于电子离域， 青岛科技大学 基于 Knoevenagel 反应，制备了高结晶 性的碳碳双键连接的共轭 COF （苯 并二噻唑结构）材料，利用其光催 化制氢的产氢速率可达 15.1 mmolh-1 g-1 。针对 ORR 光催化制取 H2O2 研究，该新兴前沿方向主要涉及 COF 和无机 BiVO4 两种光催化材料的制备及其在 H2O2 合成中的应 用。

中国的三峡大学 和 澳大利亚的斯威本科技大学 首次实验证明基于联吡啶的共价有机框架光催化剂 （表示为 COF-TfpBpy ）可以在不 存在牺牲试剂或缓冲液的情况下光 催化生成 H2O2 ；而 北京理工大学 则开发了一种部分氟化、无金属、亚胺连接的二维三嗪共价有机框架（ TF50-COF ）光催化剂，实现了 1739 μ mol h-1 g-1 的 H2O2 产率。

此外， 浙江大学 和 日本中央大学 利用无机 Mo 掺杂的多面 BiVO4 （ Mo:BiVO4 ） 制备了高效整体光催化 H2O2 生成 系统，该系统可显著增强电荷分离并可抑制电荷载流子的快速捕获和复合，在全光谱下表观量子产率为 1.2% ，太阳能到化学的转化效率为 0.29% ，创下了无机半导体系统的 新纪录。