我院在纳米势阱诱导同质结光催化制氢领域取得进展

   近日，我院李伸杰、陈艳艳教师团队在纳米势阱诱导的同质结光催化制氢领域取得进展，相关成果以“Insights into the photocatalytic mechanism in a nanopotential well@homojunction system: carrier dynamics of the TiO₂/ZnIn₂S₄*/ZnIn₂S₄quantum dot system” 为题发表于国际知名期刊《SCIENCE CHINAChemistry》，为纳米势阱@同质结体系中光催化机制中的载流子动力学调控提供了新策略。我校为第一通讯单位，论文第一作者为化学与化工学院硕士研究生刘翔，通讯作者为李伸杰及陈艳艳老师。

      太阳能光催化分解水制氢是发展绿氢、助力双碳目标的重要技术路径，光生载流子迁移‑分离效率是制约光催化制氢性能的核心瓶颈。传统异质结往往存在界面晶格失配、载流子只能单向限域、载流子迁移路径无序等问题，大量光生载流子容易复合损失，难以充分利用。

图1. TiO₂/ZnIn₂S₄*/ZnIn₂S₄QDs三元协同体系的制备流程及纳米势阱作用机理示意图

      针对上述难题，研究团队提出纳米势阱双向限域与同质结界面协通输运的载流子调控机制，构筑TiO₂/ZnIn₂S₄*/ZnIn₂S₄QDs（T-Z*-Q）三元协同光催化体系。利用TiO₂插层形成分子骨架异质结，构建双侧纳米势阱，实现光生电子双向捕获与局域存储；进一步原位生长ZIS量子点构筑ZIS/ZIS同质结，借助晶格匹配消除界面势垒，为局域化电子搭建无阻碍输运通道，引导载流子定向流向催化活性位点，显著抑制电子-空穴复合。

实验结果表明，T‑Z*‑Q三元体系纯水条件下最大产氢速率可达65.971 mmol·g^-1·h^-1，是ZIS纳米片单体的201.13倍；即便在模拟海水环境中，仍保持 30.21mmol·g^-1·h^-1的高析氢活性，365nm下表观量子效率达到33.07%，展现出优异的耐盐制氢应用潜力。结合XPS、In-situ Raman、SPV、TRPL及密度泛函理论（DFT）计算，从能带结构、功函数、态密度、电荷密度差等多维度揭示纳米势阱‑同质结协同的电荷迁移内在机理。

图2. 密度泛函理论计算（功函数、差分电荷及态密度）辅助证明电荷迁移内在机理。

该研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中央高校基本科研业务费的资助，部分测试表征工作在合肥工业大学分析测试中心完成。该成果为纳米势阱@同质结协同体系的载流子动力学调控研究提供了新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-026-3671-8

（李伸杰/文，陈艳艳/图，卞都成/审核）