近日，bbin连环夺宝官网郭庆杰教授团队在光催化分解水制氢领域取得系列重要进展，相关成果连续发表于《Composites Part B: Engineering》《Chemical Engineering Journal》《Journal of Colloid and Interface Science》《Chinese Journal of Structural Chemistry》《Inorganic Chemistry Frontiers》《The Journal of Physical Chemistry Letters》等国际知名期刊。团队通过“载体负载-金属掺杂-电子结构调控”协同策略，系统攻克了光生载流子复合快、活性位点不足、水分解动力学缓慢三大核心瓶颈，并成功实现高效光催化产氢。
氢能被视为实现碳中和与能源结构转型的“终端能源载体”。然而，主流制氢技术（如蒸汽重整、电解水）仍存在高能耗或依赖化石能源的问题。半导体光催化分解水制氢可直接利用太阳能，在温和条件下产氢，是极具潜力的绿色路径。但现有体系受限于载流子快速复合、水分子活化缓慢及活性位点不足，制约实际应用。郭庆杰教授团队的最新研究，从异质结界面设计、缺陷工程、极化电场调控等角度出发，提出了一系列创新性解决方案。
（一）异质结与肖特基结设计，实现电子定向迁移
团队设计了一种非化学计量比Ni0.85Se/Mn0.4Cd0.6S（MCS）异质结光催化体系（Compos. Part B Eng. 2025, 305:112766）。利用功函数差异驱动电子定向迁移，配位不饱和Ni位点增强水分子吸附与解离，使产氢活性提升至纯MCS的3.34倍。
进一步构建了富含硫空位的WS2/ZnCdS S型异质结（Chin. J. Struct. Chem. 2026，已接收）。硫空位优化H*吸附行为，内建电场促进载流子定向迁移，产氢速率高达84.63 mmol/g/h，约为对照样的14倍。
在肖特基异质结方面，团队开发了基于Se空位工程的MnCdS-CoSeᵥ光催化剂（J. Colloid Interf. Sci. 2026, 717:140435）。肖特基界面促进电荷分离与迁移，Se空位降低水活化能垒，产氢速率达46.11 mmol/g/h，约为MCS的3倍。
（二）金属负载与界面电子调控，加速反应动力学
团队构建了Pd金属烯负载ZnCdS（PZCS）光催化剂（J. Colloid Interf. Sci. 2026, 718:140522），实现高效产氢（22.4 mmol/g/h）并同步氧化乳酸。Pd通过电子金属-载体相互作用（EMSI）及Pd2+/Pd0循环持续提供活性位点，DFT计算与光电测试证实反应动力学显著加快。
PZCS上光催化产氢与乳酸氧化过程示意图
此外，通过在ZnCdS中引入N元素构建内部极化电场（J. Phys. Chem. Lett. 2025,16(29),7337-7345），使偶极矩从2.58 eÅ提升至3.35 eÅ，促进定向电荷迁移。优化样品的产氢速率达到115.7 mmol/g/h，证明极化电场可有效降低析氢能垒。
RuS2簇负载ZnCdS（7.5RS/ZCS）体系（Inorg. Chem. Front. 2026,13,444-455）实现了77.2 mmol/g/h的高析氢速率，为原始ZCS的154倍。RuS2作为双活性中心，不仅促进水吸附与解离，还通过破坏界面氢键网络优化水分子构型，显著提升界面水活化能力。
(三)缺陷工程与多场耦合，拓展应用场景
团队利用Mn空位构建缺陷富集的MnCdS催化剂（Inorg. Chem. Front. 2025,12,8304-8314），产氢速率达43.54 mmol/g/h，约为原始样品的3倍。空位增加了电子捕获位点并加速水解离过程。
前期工作中，Pt纳米团簇/单原子协同修饰的FeVO4体系（Chem. Eng. J. 2026,532:174390）利用双活性位点与氢溢流效应，显著提升了氮还原性能，展示了光催化在多场耦合中的潜力。
上述成果建立了“载体负载-金属掺杂-电子结构调控”三位一体的协同优化策略，系统解决了光催化产氢的核心难题。特别是光催化产氢与乳酸氧化的耦合，为生物质资源化利用提供了新路径。该技术有望推动分布式、低碳化绿氢生产模式的形成，在降低制氢能耗、优化氢能储运体系方面提供高效解决方案，对能源结构转型与碳中和目标具有重要战略价值。
上述论文均以bbin连环夺宝官网为第一通讯单位，郭庆杰教授、任广敏老师为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、省重点研发计划等项目的资助。
