东京工业大学（Tokyo Institute of Technology）的科学家们开发了一种由金属氧化物纳米片和吸光分子构建的混合材料，用于在阳光下分解水分子以获得氢气（H2）。由于H2可以作为无碳燃料使用，该研究为清洁能源的生成提供了相关的启示。

随着化石燃料的枯竭及其燃烧带来的环境问题，开发清洁能源发电技术成为全球关注的话题。在所提出的各种清洁能源发电方法中，光催化水分解法显示出很大的前景。这种方法利用太阳能使水分子分解，得到氢气（H2）。然后，H2可以作为一种无碳燃料或作为生产许多重要化学品的原料。

现在，东京工业大学Kazuhiko Maeda领导的研究小组开发出了一种由纳米级金属氧化物片和钌染料分子组成的新型光催化剂，其工作机理与染料敏化太阳能电池类似。光催化水分解成H2和O2的金属氧化物具有较宽的带隙，而染料敏化氧化物可以利用太阳光中的可见光。新型光催化剂能够从水中生成H2，周转频率为每小时1960次，外部量子产率为2.4%。

这些结果是染料敏化光催化剂在可见光下的最高记录，使Maeda团队离人工光合作用的目标更近了一步。

这种新材料发表在《Journal of the American Chemical Society》上，是由高表面积的铌酸钙纳米片（HCa2Nb3O10）与作为H2进化位点的铂（Pt）纳米团簇交错构成的。然而，铂改性纳米片并不能单独发挥作用，因为它们不能有效地吸收太阳光。因此，将可见光吸收的钌染料分子与纳米片相结合，实现了太阳驱动的H2析出。

该材料之所以高效，是因为采用了纳米片，可以通过化学剥落片状HCa2Nb3O10获得。纳米片的高表面积和结构灵活性最大限度地提高了染料负载量和H2析出位点的密度，从而提高了H2析出效率。同时，为了优化性能，Maed团队还用非晶氧化铝对纳米片进行了改性，这对提高电子传输效率起到了重要作用。"史无前例的是，纳米片的氧化铝改性在反应过程中促进了染料再生，而不妨碍电子从激发态染料注入纳米片，这是染料敏化H2析出的主要步骤，"Maeda说。"一直以来，人们认为在可见光下使用染料敏化光催化剂高效地通过整体水分解实现H2析出非常困难，我们的研究结果清楚地表明，利用精心设计的分子-纳米材料混合体，这确实是可能的。"

后续还将进行更多研究，进一步优化混合型光催化剂的设计，以提高其效率和长期耐久性。

论文标题为《An Artificial Z-Scheme Constructed from Dye-Sensitized Metal Oxide Nanosheets for Visible Light-Driven Overall Water Splitting》。