近日，中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部研究员李灿团队在光电催化分解水制氢方面取得新进展。该团队受自然光合作用Z机制的启发，实现了高效光电催化全分解水过程，分解水制氢效率达4.3%。
前期，李灿团队通过模拟自然光系统Ⅱ中关键组分的重要功能，构筑了高效光电催化水氧化体系，发现部分氧化的石墨烯可作为捕光材料与水氧化催化剂之间的电荷传输媒介，功能类似于自然光系统Ⅱ中酪氨酸的作用。
研究团队基于自然光合作用的原理，采用多媒介调控策略，实现了由自然光合作用Z机制启发的高效光电催化全分解水过程。他们通过将无机氧化物基光阳极、有机聚合物基光阴极与多个电荷传输媒介相耦合，组装了一个高效的无偏压全分解水光电化学池。该体系中有机聚合物的离散能级特性使得有机光阴极和无机光阳极的光谱吸收具有较好的互补性，提高了太阳能的利用率。
此外，该体系在捕光材料和电子受体/供体之间构建了一个包含多个电荷传输媒介的仿生电荷传输链。在电化学电位梯度的驱动下，光生电子通过这些电荷传输媒介有效转移，提高了电荷传输速率并降低了电荷复合速率，实现了高效的电荷分离和传输。