近日，晶体材料国家重点实验室黄柏标、王泽岩教授团队设计并搭建了全新的光电化学生物质燃料电池，在光电化学高效产氢领域取得研究重要进展。研究成果以“Boosting H₂Production from BiVO₄Photoelectrochemical Biomass Fuel Cell by the Construction of a Bridge for Charge and Energy Transfer”为题，发表在国际期刊Advanced Materials, 2022, 2201594（IF=30.849）上。山东大学晶体材料研究院（晶体材料国家重点实验室）博士研究生王肇祺为本文的第一作者，王泽岩、黄柏标教授和刘小磊博士为共同通讯作者，山东大学为第一作者和唯一通讯作者单位。

氢能作为一种绿色、清洁的新能源，近期受到人们的高度关注，光电化学产氢技术被认为是一种可有效利用太阳能产生氢能的绿色产氢技术。针对目前光电化学产氢活性低的瓶颈，团队将光电化学分解水和燃料电池技术相结合，利用低成本的生物质酒石酸作为有机燃料，创新性的设计了BiVO₄光电化学生物质燃料电池。基于酒石酸分子的强络合性，成功构建了BiVO₄光电极和酒石酸分子间电荷和能量的传输桥梁，可将生物质的化学能完全释放并转化为氢能。在AM1.5G模拟太阳光照射下，BiVO₄光电化学燃料电池在1.23 V（RHE）偏压下表现出13.54 mA/cm²的电流密度，为目前BiVO₄光电化学产氢系统的最高性能。通过对生物质燃料分子表面基团进行研究，发现生物质分子中羟基和羧基基团的共同存在是构建能量电荷传输桥梁并释放生物质化学能的关键。在以苹果酸（C₄H₆O₅）、柠檬酸（C₆H₈O₇）和葡萄糖酸（C₆H₁₂O₇）等为有机燃料时，本文设计的BiVO₄光电化学生物质燃料电池表现出与酒石酸类似的效果，从而证明所设计的光电化学生物质燃料电池具有普适性。该工作为解决光电化学产氢活性低的问题提供了新的途径，为提高传统光电化学产氢系统性能和能量转换效率提供了新的思路。

黄柏标教授团队长期从事能源与环境材料及其应用的研究，在光、电催化分解水产氢、二氧化碳还原及有机物选择性氧化等方面取得系列研究进展，研究成果相继发表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., ACS Cataly., Appl. Cataly. B等国际重要期刊。上述研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金和晶体材料国家重点实验室的大力支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202201594