氢作为清洁能源有着很大的潜在吸引力，因此，利用太阳能将水分解成氢气和氧气的光催化剂 1*引起了学术界的极大关注。然而，光催化剂候选材料的优化通常需要相当长的时间投入。现在，大阪大学的研究团队已经证明了某些易测变量和催化剂性能之间存在某种联系，这可以用于催化剂性能的快速评估。
利用光催化剂实现从太阳能向化学能的转化已被广泛报道，然而，光催化材料的持续优化对其成功应用至关重要。光催化剂的性质，包括其表面积，结晶度以及各种电子特性，极大地影响着光催化剂的活性。这些性质可能会受制备技术以及某些制备条件的影响，从而导致材料好坏不一，所以有必要对其进行评估。
设置实验装置来测试每种合成材料的性能是开发过程中非常耗时的一个步骤，所以很有必要缩短这一步的所需时间，但是目前并没有什么高效的办法。在ACS Energy Letters发表的报告中，大阪研究团队展示了实时分辨微波传导率（ time-resolved microwave conductivity，TRMC）测量与半导体材料光催化性能之间的关系。 TRMC这种方法简单高效，可以对粉末形式的光催化剂进行快速评估，从而显著提高检测速度。
图1. 左：影响光催化性能的诸多因素。右：光催化反应原理图
“我们已经能够证明，光催化剂活性的判断标准——氧气释放速率，可以通过由TRMC测量的光电导及其半衰期来测定。” 该研究的首要作者鈴木克明解释说，“将这种关联应用于候选材料，可以更加高效地评估其潜在应用性能。”
研究人员用他们的研究结果测定了一种尚未得到广泛研究的材料—— PbBiO2Cl的最宜加工温度，并成功将该化合物的一种类似物的表观量子效率提升到3%，这比以前报道中经过高温加工处理的相同材料高两倍。
“希望我们研究结果的原理可以广泛应用到材料筛选效率提高、候选材料搜索，以及材料合成条件的选择上，” 该研究的通讯作者佐伯昭紀解释说。 “我们这项研究成果更远大的图景在于，提出的高吞吐量处理方法可以加速清洁能源解决方案的研发速度。”
图2. 两种卤氧化物光催化剂的晶体结构
图3. 卤氧化物光催化剂2的微波光导强度及其寿命的乘积与煅烧温度的依赖关系。 微波光导强度测量结果表明，该材料的最宜加工温度为600℃，比报道的温度低100℃。 （b）通过不同煅烧温度制备的卤氧化物光催化剂2的氧气析出速率。
1* 光催化剂：化学中，光触媒、光催化剂（photocatalyst）指的是能够加速光化学反应的催化剂，这种现象被称为光催化（photocatalysis）。
原理：光子具有一定能量，当照射到某些物质上（如半导体），原子中的电子吸收一定的能量后，便会从价带（valence band）跃迁到导带（conduction band），而原本电子存在的地方就会出现一个带正电的空穴 —— 也即光生电子和光生空穴。由于这种电子和空穴分别具有较强的还原性和氧化性，因此能使半导体表面上的物质发生氧化还原反应，从而将光能转换为化学能进行储存。这些物质被称为光催化剂。
供稿 钟维
编辑修改 JST客观日本编辑部
引用文献：
“Photoconductivity−Lifetime Product Correlates Well with the Photocatalytic Activity of Oxyhalides Bi4TaO8Cl and PbBiO2Cl: An Approach to Boost Their O2 Evolution Rates”
ACS Energy Letters: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00793
