纳米金刚石材料被认为是低成本光催化剂中的最佳适用材料。其可以被光激活，并能加速水和二氧化碳之间的某些反应，产生碳中和的太阳能燃料。欧盟DIACAT项目就在这种金刚石材料中掺杂了硼，并利用BESSY II上展示了其是如何显著提高光催化性能的。

图为掺杂的金刚石泡沫

全球气候变化愈来愈严峻，如果我们不能大幅减少二氧化碳这类温室气体的排放，这种变化将继续有增无减。为此，我们需要有所行动。其一就是让温室气体二氧化碳返回到能量循环，将二氧化碳与水加工成甲醇，这种燃料便于运输和储存。然而，该反应过程需要能量和催化剂。如果我们能成功地利用太阳光中的能量，并且开发出不依靠铂等稀有金属制成，价格廉价且自然界大量存在的活性光催化剂，那么“绿色”’太阳能燃料将有机会大展身手。

利用紫外线激活金刚石纳米材料的活性

这种光催化剂就是所谓的纳米金刚石材料，它并不是珍贵的水晶钻石，而是由几千个碳原子组成的纳米晶体，它们溶于水，看起来更像黑色浆料，是具有高表面积的纳米结构“碳泡沫”。然而，这些材料只有经紫外光激发后才具有催化活性。只有这一光谱范围内的光才拥有丰富的能量，能将电子从材料传输到“自由状态”。这样，溶剂化的电子才能在水中释放出来，与溶解的电子发生反应生成甲醇。

掺杂会有用吗？

然而，太阳光中仅有4%的成分属于紫外光UV。因此，使用可见光波段激发光催化剂显得更切实有效。这也是HZB科学家Tristan Petit和他在DIACAT的合作伙伴的研究成果。Uppsala(瑞典乌普萨拉大学)大学的Karin Larsson对这些材料的能级进行了建模，结果表明，通过掺杂硼(一种三价态元素，在掺杂中占有重要作用)，中间阶段便可以构建到带隙中。

BESSY II的实验表明是肯定的，但......

Petit和他的团队调查了多晶金刚石、金刚石泡沫和纳米金刚石的样品。这些样品是先前维尔茨堡的Anke Kruger和弗莱堡的Christoph Nebel两团队合成的。在BESSY II中x射线吸收光谱被用来精确测量电子被可见光激发的未占据的能态。该研究的第一作者、博士生Sneha Choudhury解释道，这些纳米钻石表面附近的硼原子实际上导致了带隙的中间阶段。这些中间阶段通常非常接近价带，因此不能有效利用可见光。但是，测量结果表明这取决于纳米材料的结构。

展望：形态学和掺杂P或N

Tristan Petit说：“我们可以通过专门修改形态和掺杂物质来引入并可能控制钻石带隙中的其他步骤。”掺杂磷或氮也可能会衍生一系列新的研究。