传统的光催化和光化学反应原理均要求光催化剂和吸光分子能够被激发光子所激发，即半导体的带隙（或吸光分子从基态到激发态的转换能）小于等于入射光子的能量。而传统的绝缘体材料，以SiO2为例，由于其带隙大于8.0 eV, 而不能被传统的光源所激发。因此，太阳能光催化研究中用到的反应器多由石英（SiO2）制成，而普遍认为惰性的石英不会对光催化反应造成影响。另一方面，CH3OH在光催化反应中被广泛用作空穴接受体，CH3OH分子只能在小于200 nm的激光激发下才会发生光化学反应，而传统的光源也不能激发诱导CH3OH分子的光化学反应。
近日，我组在光催化研究的过程中意外地发现，采用传统广泛使用的石英反应器，以典型的CH3OH作为反应溶液，在Hg灯作为光源的情况下，在没有加入任何光催化剂的情况下（即空白试验），反应体系生成了可观量的H2，与一些已报道的光催化剂的产氢性能相当。随后通过反应溶液浓度、pH值、激发波长以及不同波长激光作为光源等条件的调控确认了H2的产生。而通过在反应体系中认为加入石英砂颗粒并担载少量Pt作为助催化剂时，产氢的速率可以得到大幅度提升。进一步通过荧光光谱、电子自旋共振等表征发现，石英自身由于在高温退火制成过程中会不可避免地生成少量的缺陷，这些缺陷形成的浅能级可以被波长远大于石英带隙的光源所激发，激发产生的光生电荷可被利用生成H2。该工作不仅让我们清楚地认识到光催化反应中的空白试验可能对光催化反应造成的影响，而且为绝缘体界面性质研究以及通过在绝缘体上创造缺陷能级有望使其用于光催化反应的研究提供了思路。
该工作在线发表在Nature子刊《Scientific Reports》上（Rengui Li and Can Li et al, Scientific Reports, 2015, 5, 13475; http://www.nature.com/articles/srep13475）。上述研究受到国家自然科学基金委和科技部973项目的支持。（文/图 李仁贵）
