近日，伟德bv1946官网崔小強教授在光催化分解水制氫領域方面取得新進展。研究成果以“A Twin S-Scheme Artificial Photosynthetic System with Self-Assembled Heterojunctions Yields Superior Photocatalytic Hydrogen Evolution Rate”為題，于2022年11月2日在線發表在《Advanced Materials》上。

設計模仿天然光合系統的異質結光催化劑一直是光催化制氫的一種有研究價值的方法。其中由還原性和氧化性光催化劑組成的S型異質結被認為是提高光催化性能比較有效的策略，與傳統的 Z 型異質結相比，其内部電場、能帶彎曲和庫侖S型結構誘導的引力都可以促進電荷轉移并提高光催化性能。但單結S型結構仍然存在一些缺點，例如弱相互作用和多相的結合困難。因此解決三種及以上不同催化劑的界面接觸不良和長期載流子轉移機制不明的瓶頸問題對于提升光催化劑的析氫效率是至關重要的。

圖1：三元光催化劑的形貌表征

為了解決這個問題，本工作提出了一種新穎的“雙 S 方案”，其結構由兩種氧化型光催化劑和一種還原型光催化劑組成。通過形貌等多種表征證明，我們成功在銳钛礦 TiO₂ 納米粒子和 H 摻雜金紅石 TiO₂ 納米棒之間插入二維石墨氮化碳納米片，并形成了雙S型轉移機制的新型自組裝結構。

圖2：三元光催化劑的析氫性能

這種新結構産生的雙S型轉移機制，克服了傳統異質結接觸勢壘大、晶格失配和電荷傳輸緩慢的局限性。該光催化劑表現出62.37 mmol g⁻¹ h⁻¹的優異光催化析氫速率，并且在365 nm處表現出45.9%的表觀量子效率，這遠遠超過了大多數TiO₂基半導體光催化劑。與此同時，制備的光催化劑展現出較優異的循環穩定性。

材料物理與化學專業博士研究生阮曉文為本文的第一作者。通訊作者為伟德bv1946官网崔小強教授、江蘇大學能源研究院姜志鋒教授與香港城市大學能源與環境學院助理教授Sai Kishore RAVI，該工作得到了國家自然科學基金面上項目的資助。

論文全文鍊接：https://doi.org/10.1002/adma.202209141