近期，我校材料学院杨化桂教授课题组在可见光响应人工光合成领域中取得重要进展。《德国应用化学》于8月20日在线报道了该成果——Orange Zinc Germanate with Metallic Ge-Ge Bonds as a Chromophore-like Center for Visible-Light-Driven Water Splitting” (Angew. Chem. Int. Ed.2015, DOI: 10.1002/anie.201505988)，这是国际上首次报道具有内嵌类发色团结构的可见光响应半导体的研究成果。

        提高太阳能的利用率是新能源领域的研究热点之一。很多研究者认为，太阳能转换器件的效率主要依赖于光子的吸收范围和强度。因此，开发和探索高效利用可见光的催化剂或功能材料，对提高太阳能利用率有着重要的理论意义和实际价值。含有有机发色团的有机物与无机半导体的复合是一种有效拓宽半导体的可见光吸收范围的方法。在此复合体系中，发色团吸收太阳光产生大量激发态的电子并注入半导体的导带，从而有效提高太阳能转换器件在可见光下的光电转化效率。然而，此体系要求半导体和发色团的能带位置严格匹配，并且界面的存在极大限制了电子的有效注入。因此，从原子水平上构建内嵌发色团结构以提高半导体可见光响应具有重大的意义。

        材料学院杨化桂教授课题组研究人员首次制备出含有内嵌类发色团结构的橙色锗酸锌（如上图右瓶所示）。传统结晶锗酸锌（如上图左瓶所示）禁带宽度为4.68 eV，光吸收截止波长为260纳米，无法吸收可见光。而橙色锗酸锌的禁带宽度仅为2.28 eV，其对应的光吸收范围拓宽至700纳米（橙光）。通过先进的X射线吸收精细结构光谱和理论计算，该工作成功揭示出这一材料光吸收范围拓宽的原因是内部成键结构的调控。液相还原方法在锗酸锌内部形成局部锗原子间成键，构建出锗富集中心。这一锗锗成键的结构有着类似有机发色团的作用，缩小本体材料的禁带宽度并有效吸收可见光，进而产生大量的光生电子注入本体材料的导带，从而有效提高了材料的光电转换效率。内嵌类发色团概念的实现不仅使锗酸锌在人工光合成等领域体现更好的应用潜力，同时也为其它半导体提高可见光吸收提供了新的合成思路和理论基础。 

        该研究得到了国家自然科学基金委及上海市科学技术委员会等项目的资助和支持。