日前，天津大學(xué)教授封偉團隊成功合成新型帶隙可調(diào)的二維層狀鍺硅烷材料。這種新材料可用作性能優(yōu)異的光催化劑，在常溫光照條件下高效制備氫氣，還能將二氧化碳高效還原成一氧化碳。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊《自然·通訊》。
隨著工業(yè)社會發(fā)展，“溫室效應(yīng)”成為了人類面臨的重大環(huán)境挑戰(zhàn)。眾所周知，因化石燃料燃燒排放的二氧化碳是形成“溫室效應(yīng)”的罪魁禍?zhǔn)?。隨著大氣中二氧化碳濃度不斷升高，全球氣溫逐漸變暖，災(zāi)害性天氣逐年增加。如何高效制取氫氣等綠色能源、如何實現(xiàn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用成為了全球科學(xué)家關(guān)注的焦點。
“光催化技術(shù)”因其穩(wěn)定、高效、清潔的特性，正在得到學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注和認可。這是一種環(huán)境友好型的凈化技術(shù)，其原理是基于光催化劑在光照條件下的氧化還原能力，達到凈化污染物、物質(zhì)合成和轉(zhuǎn)化等目的。其中，光催化劑性能是光催化技術(shù)的核心，該性能的高效與否，決定了催化反應(yīng)的效能。
天津大學(xué)封偉團隊在理論計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過精確控制鍺硅元素的含量，首次實現(xiàn)了鍺和硅基二元二維材料的帶隙調(diào)控，獲得了一種全新材料——帶隙可調(diào)的二維層狀鍺硅烷。這種新型二維材料因兼具適宜帶隙結(jié)構(gòu)、寬光譜吸收、高比表面積和表面化學(xué)活性，而呈現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。實驗結(jié)果顯示：以該材料作為光催化劑，能夠在常溫條件下通過光照高效率產(chǎn)出氫氣；利用該材料對二氧化碳進行光催化反應(yīng)，還原出一氧化碳的效率能達到目前主流光催化材料的幾十甚至數(shù)百倍以上。
“這種新材料展現(xiàn)出了高效、綠色、環(huán)保的特性。”據(jù)封偉介紹，該材料同時也是制備高性能納米能量轉(zhuǎn)換器件和納米光電器件的理想材料，有望為未來新型半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)調(diào)控及光電性能提升提供材料基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，“在多個領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。”（單雯 焦德芳 天津大學(xué)供圖）
