新华网沈阳10月14日电 近期，中国科学院金属研究所太阳能与氢能材料研究团队，利用"晶格工程"策 略，通过给光催化材料聚三嗪酰亚胺(PTI)"补钙"改变其生长的"配方"，成功让它内部的光生电荷更容易 分开并且各行其道，从而提高了太阳能水制氢效率。该研究成果近期发表在《自然·通讯》上。 聚三嗪酰亚胺（PTI）是一种碳氮聚合物半导体，因其低成本、环境友好、能带结构合适等特性，被认 为在开展低成本规模化全分解水制氢方面具有巨大潜力。然而，当前PTI的光催化分解纯水制氢效率仍 然较低，主要原因是其作为聚合物材料的致命弱点：当光照射时，PTI中成对产生的光生电荷（带负 电、具有还原性的电子和带正电、具有氧化性的"空穴"）会很容易被引力"绑定"在一起、形成"激子"， 并最终重新"拥抱"在一起消失掉，不能参与到相应的反应中，这也是许多聚合物半导体材料在将光能转 化为其他能量形式时面临的共同挑战。 本项研究中，研究人员改变了PTI材料的生长环境和形核生长的基体。以往制备PTI时，使用的是氯化锂 和氯化钾的混合熔盐，并由熔盐冷却时析出的晶体作为PTI形核和生长的基体。研究人员改用氯化锂和 氯化钙的混合熔盐，最终制备出了一种钙掺 ...

Core Insights - Recent advancements in solar energy technology have been made by researchers at the Chinese Academy of Sciences, focusing on the efficient decomposition of water to produce hydrogen using a polymer semiconductor material known as Polytriazine Imide (PTI) [3][4] - The study highlights a novel approach called "lattice engineering," which optimizes the growth process of PTI by introducing calcium, significantly enhancing its efficiency in hydrogen production [4] Group 1: Research Findings - The introduction of calcium into PTI's structure has led to a substantial reduction in the binding energy between electrons and holes, decreasing from 48.2 meV to 15.4 meV, allowing for the automatic dissociation of excitons [4] - The new calcium-doped PTI material exhibits an initial activity in photolytic water splitting that is 3.4 times higher than the original material [4] Group 2: Material Characteristics - PTI is characterized by its low cost, environmental friendliness, and suitability for photocatalysis, making it a promising candidate for large-scale solar hydrogen production [3] - The structural modifications made through lattice engineering enable the separation of hydrogen and oxygen production processes, minimizing interference and side reactions [4]

利用太阳能高效分解水制氢迎来新进展。 从中国科学院金属研究所获悉，该所科研人员通过给一种名为聚三嗪酰亚胺（PTI）的聚合物半导体材料"补钙"，成功优化了其生长过 程，使其内部的光生电荷更容易分开，并且各行其道，大幅提升了光解水制氢效率。相关研究成果发表于《自然—通讯》杂志。 ▲ 中国科学院金属所供图 PTI是一种以碳、氮为主要成分的聚合物半导体材料，具有成本低、环境友好、结构适合光催化等优点，在实现低成本、规模化太阳能 制氢方面具有广阔前景。然而，它的实际效率一直不高，主要是因为其在光照下产生的正负电荷，也就是电子和空穴，很容易被"绑 定"在一起形成"激子"，并最终重新"拥抱"在一起而消失，无法有效参与制氢和制氧反应。 "这就像在一个小房间里同时洗衣和晾衣，两件事互相干扰，效果自然不佳。问题的根源在于PTI材料本身的结构缺乏内在驱动力，难 以将这对被'绑定'的电荷分开。"论文通讯作者、中国科学院金属研究所研究员刘岗解释。 在这项研究中，科研人员提出了一种叫作"晶格工程"的策略，调整了PTI的生长"配方"，将原有的氯化锂/氯化钾混合熔盐，更换为氯化 锂/氯化钙混合熔盐，使PTI在生长过程中引入钙元素，最终制备出 ...