近期南京大学物理学院吴兴龙教授课题组在纳米能源领域的电化学分解水制氢方向取得重要进展，提出利用纳米晶表面自催化效应来降低水分解反应势垒的学术思想，并从实验上实现了超细3C-SiC纳米晶对水分解制氢的增强的电催化活性反应。相关研究论文"High-Efficiency Electrochemical Hydrogen Evolution Based on Surface Autocatalytic Effect  of Ultrathin 3C-SiC Nanocrystals"近日发表于《纳米快报》（Nano Letters 2012, 12, DOI: 10.1021/nl3006947.）。

    通过水的分解来制备氢气可以实现一个可持续的能量循环，对解决全球面临的能源和环境问题具有潜在的应用价值。为寻找高效且廉价的催化材料，深入的认识水分解析氢反应的机理是一个必要前提。从表面物理化学的角度来看，固体材料表面与水分子的相互作用应当是水分解析氢反应的推动力。然而，从分子层次上揭示材料的表面效应对氢析出反应的催化作用仍有待深入探索。最近的一些研究表明，和传统观念不同，在一些固体材料表面，水分子不是简单的吸附，而是通过表面自催化过程裂解成–H和–OH键，键合在材料表面上形成复合结构。基于材料的这种表面自催化效应，使开发一种新型高效的电催化分解水制氢的途径成为可能。

    该课题组之前关于水与纳米晶表面相互作用的研究结果表明：超细3C-SiC纳米晶能够通过表面自催化效应将吸附的水分子自发分解并形成–H和–OH基团分别键合在3C-SiC纳米晶的Si–Si二聚体上（Nano Lett. 2009, 9, 4053–4060），这一研究成果提供了一个基于超细3C-SiC纳米晶表面自催化效应来降低水分解反应的势垒从而实现高效电催化分解水制氢的途径。在工作中，将超细3C-SiC纳米颗粒悬浮液涂在导电的玻碳基片上制得纳米晶薄膜电极，将此电极用于电化学分解水制氢的反应，显示出增强的电催化活性。其原因在于这种电催化分解水制氢比传统的直接电解水制氢具有较低的活化势垒。在光照条件下，通过电催化和光电化学协同作用，进一步增强了催化活性，提高了分解水制氢的能力。该研究成果从分子尺度上加深了对氢析出反应机理的认识，特别是揭示了几个纳米的3C-SiC晶粒具有显著的光电化学制氢的能力，为实现可持续的和经济的水分解制氢技术提供了新的材料和机制。（资料来源：南京大学物理学院）