近日，晶體材料國家重點實驗室黃柏標、王澤巖教授團隊設計并搭建了全新的光電化學生物質燃料電池，在光電化學高效產氫領域取得研究重要進展。研究成果以“Boosting H2Production from BiVO4Photoelectrochemical Biomass Fuel Cell by the Construction of a Bridge for Charge and Energy Transfer”為題，發(fā)表在國際期刊Advanced Materials, 2022, 2201594（IF=30.849）上。山東大學晶體材料研究院（晶體材料國家重點實驗室）博士研究生王肇祺為本文的第一作者，王澤巖、黃柏標教授和劉小磊博士為共同通訊作者，山東大學為第一作者和唯一通訊作者單位。

氫能作為一種綠色、清潔的新能源，近期受到人們的高度關注，光電化學產氫技術被認為是一種可有效利用太陽能產生氫能的綠色產氫技術。針對目前光電化學產氫活性低的瓶頸，團隊將光電化學分解水和燃料電池技術相結合，利用低成本的生物質酒石酸作為有機燃料，創(chuàng)新性的設計了BiVO4光電化學生物質燃料電池。基于酒石酸分子的強絡合性，成功構建了BiVO4光電極和酒石酸分子間電荷和能量的傳輸橋梁，可將生物質的化學能完全釋放并轉化為氫能。在AM1.5G模擬太陽光照射下，BiVO4光電化學燃料電池在1.23 V（RHE）偏壓下表現(xiàn)出13.54 mA/cm2的電流密度，為目前BiVO4光電化學產氫系統(tǒng)的最高性能。通過對生物質燃料分子表面基團進行研究，發(fā)現(xiàn)生物質分子中羥基和羧基基團的共同存在是構建能量電荷傳輸橋梁并釋放生物質化學能的關鍵。在以蘋果酸（C4H6O5）、檸檬酸（C6H8O7）和葡萄糖酸（C6H12O7）等為有機燃料時，本文設計的BiVO4光電化學生物質燃料電池表現(xiàn)出與酒石酸類似的效果，從而證明所設計的光電化學生物質燃料電池具有普適性。該工作為解決光電化學產氫活性低的問題提供了新的途徑，為提高傳統(tǒng)光電化學產氫系統(tǒng)性能和能量轉換效率提供了新的思路。

黃柏標教授團隊長期從事能源與環(huán)境材料及其應用的研究，在光、電催化分解水產氫、二氧化碳還原及有機物選擇性氧化等方面取得系列研究進展，研究成果相繼發(fā)表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., ACS Cataly., Appl. Cataly. B等國際重要期刊。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、山東省自然科學基金和晶體材料國家重點實驗室的大力支持。