环境科学与工程系张立武课题组阐明光子学结构 促进二氧化碳资源化转化机制

来源: news.fudan.edu.cn

环境污染及能源危机是当今人类面临且亟待解决的重要课题。通过人工光合作用将二氧化碳还原为液体化学燃料是解决能源及环境问题的重要途径之一，受到国内外广泛关注。探索高效的人工光合作用体系进行CO2资源化利用成为国内外最活跃的研究领域之一。近日，我校环境科学与工程系张立武研究员课题组总结并阐明了光子学结构促进人工光合作用机制，相关论文发表于能源与环境科学领域学术期刊《能源与环境科学》（Energy and Environmental Science，影响因子25.4）。

虽然目前人工光合作用的效率已得到大幅提高，但是离10%的工业化可行标准还有一段距离，而制约人工光合作用效率的一个关键问题即在于光生载流子的体相复合。体相复合的原因在于光在半导体光电极中的穿透距离远大于半导体材料的空间电荷层厚度，而大部分的光生载流子由于迁移距离较短（几纳米到几十纳米），在没有表面空间电荷层中电场辅助分离的情况下，会很快在材料体相内部复合，导致仅有少部分光生载流子才能迁移到光电极表面并参与到人工光合成。针对这一问题，与目前大多数研究都是集中在材料的设计上不同，张立武研究员创新提出通过控制光子传输来解决光电极材料吸光厚度远大于载流子扩散距离的困局。通过纳米光子学结构设计将光吸收控制在材料表面空间电荷层，改变光生载流子生成位置到材料表面，进而大幅提高其分离效率。目前，张立武研究员课题组通过采用光子晶体、等离子激元、光学谐振腔等光子学结构，在提高CO2资源化转化方面已取得一系列研究进展。

论文第一作者为课题组博士后郑秀珍。通讯联系人张立武研究员于2014年加入环境科学与工程系，入选中组部第十一批青年千人及上海市“东方学者”，其主要研究方向为大气污染物的治理、资源化及检测。

（封面制图 王鹏翔）