江西省科学院材料与智能制造研究所在光催化分解水析氢方面取得重要研究进展

近日，江西省科学院材料与智能制造研究所胡银研究员领衔的催化材料团队，在光催化分解水制氢这一前沿领域取得重要系列研究进展。相关成果分别在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.0, 中科院一区TOP期刊），《ACS Catalysis》（IF=13.1, 中科院一区TOP期刊）和《Journal of Colloid and Interface Science》（IF=9.7, 中科院一区TOP期刊）上发表。

光催化分解水制氢是将太阳能转化为清洁氢燃料的理想途径，其核心挑战在于如何设计高效的光催化剂，以最大限度地利用太阳能并促进光生电荷的分离与转移。该团队围绕铌酸钠（NaNbO₃）和硫化镉锌（CdZnS）两类核心光催化材料，通过巧妙的微观结构设计，增强了光生电子-空穴对的分离效率，从而显著提升了析氢性能。

进展一：三元双S型异质结耦合光热效应，实现高效全光谱制氢

发表在材料科学顶级期刊《Advanced Functional Materials》上的研究，成功构建了一种新型的NiSe₂/石墨炔/硫空位-CdZnS三元双S型异质结光催化剂。该工作通过构建独特的双S型电荷转移路径，并创新性地引入缺陷工程与光热效应，协同作用实现了极高的电荷分离效率和反应动力学。界面处强大的梯状内置电场驱动电子定向迁移，而光热元件则将太阳能转化为局部热量，显著降低了水分解的能量壁垒。最终，该催化剂在模拟太阳光和可见光下的析氢速率分别高达167.69 mmol·g⁻¹·h⁻¹和109.67 mmol·g⁻¹·h⁻¹，其表观量子效率在420 nm处达到10.92%，性能超越大多数已报道的CdZnS基催化剂。

（原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202522964）

进展二：双空位协同S型异质结，精准调控提升催化活性

发表于催化领域顶刊《ACS Catalysis》的研究则聚焦于缺陷调控。团队开发了一种具有精准控制硫空位与氧空位的Sv-Cd_0.5Zn_0.5S/Ov-NaNbO₃ S型异质结光催化剂。研究表明，双空位的引入与S型异质结产生了强大的协同效应，不仅显著拓宽了光吸收范围，更增强了内置电场，从而实现了光生电荷的高效分离。该研究为设计新型ABO₃多空位S型异质结可见光响应催化剂奠定了重要理论基础。

（原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.5c03750）

进展三：动态氧空位创制，催化剂展现“越用越强”特性

团队在《Journal of Colloid and Interface Science》上报道的石墨烯量子点/NaNbO₃异质结光催化剂，展示了一项有趣的新发现。石墨烯量子点的引入成功诱导产生了“动态氧空位”，这不仅增加了表面活性位点，还形成了快速的电子传输通道。尤为突出的是，该催化剂在循环稳定性测试中表现出“循环增强”特性，第二轮循环的析氢活性不降反升。这一特性为设计高效、耐用的光催化剂提供了全新的视角。

（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.02.153）

以上研究得到了国家自然科学基金、江西省科学技术厅及江西省科学院省级财政科研项目经费包干制试点示范项目的支持，并依托环境与能源催化江西省重点实验室和江西省稀土催化材料工程研究中心两大省级平台。同时，研究还得到了中国科学院化学研究所、南昌航空大学等合作单位的大力支持，是院校深度合作的典型成果。

图文一审：程瑞剑

图文二审：崔红敏

图文三审：胡    强