近日，电子科学与技术学院黄文财教授团队和福州伏智光催化研究中心吕锋仔团队应邀在Cell旗下物质科学子刊Cell Reports Physical Science发表了题为“The development of balanced heterojunction photocatalysts”的perspective前瞻性论文（DOI:10.1016/j.xcrp.2022.101082）。该工作在国际上首次提出新一代异质结——“平衡”异质结光催化剂，并就其背景、应用与挑战深入探讨，尤其是在大规模光解水制氢体系中的解决策略，并讨论了其强氧化还原能力在二氧化碳还原，污染物降解和细菌消毒等光催化领域的典型应用。
“绿色氢能”作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一，到2050年，我国氢气需求量将达到6000万吨，产业链年产值近12万亿元。在众多绿氢开发工艺中，光解水技术因可将太阳能直接转化为化学能且具有反应条件温和、副产高价值氧气等显著优势近年来备受关注，但光能转换效率与光稳定性间的协同实现仍是难题，且考虑到学术研究与工业化应用的差异性，光解水技术的实际应用受到了巨大的阻碍。而在其它光催化应用领域，光催化技术卓越的氧化还原能力，对能源转换、环境修复、细菌消毒等都颇有成效，但如何迈向规模化仍需深入探究。
块状和薄层异质结被习惯地视作异质结研究的两个主要方向，空间电荷区仅被视为一个物理学概念，从未被认为可以是“实物”，更缺乏有效的制备手段，因此厚度在该区域内（不包括二维薄层异质结）的研究尚未开展。该前瞻性论文着眼于这一点，在前期成果（STH突破性达2%，Cell Reports Physical Science,2021,2(12),100652）的基础上，首创“平衡”异质结概念，协同实现优异的效率与稳定性，成功填补了上述研究空白。围绕太阳能光解水制氢的规模化这一目标，该工作依次从现状、前景与挑战等角度对“平衡”异质结光催化剂展开分析，并据此构建出双边对称/交错阵列型光解水规模制氢体系。该设计充分考虑了工业化生产的可行性，不仅最大限度地利用了可见光，还充分利用了导电基板对光生电子和空穴的复合效应，大大加速了光生载流子的分离。同时，这种结构可以将产生的H2和O2分开收集，具有效率高、成本低、易于施工等优点，为光解水领域迈向产业化提供了高效、经济的可靠原型。进一步考虑到由厚度调控手段与独特制备工艺支撑的“平衡”异质结光催化体系在材料选择上显著提升的灵活性，文中还讨论了多种基底与材料组合的平衡异质结体系，充分体现了其在能源、环境、健康等诸多焦点领域上应用的可行性与广阔前景。该系列工作得到光明日报客户端、新福建、今日头条和Cell Press细胞科学等众多知名媒体的重点报道。
双边对称/交错阵列型光解水规模制氢体系
厦门大学电子科学与技术学院博士生朱德胜和助理教授董志鹏为该工作的共同第一作者，黄文财教授和福州伏智光催化研究中心吕锋仔为共同通讯作者。绿色氢能和光催化系列研究工作得到了福州伏智光催化研究中心基金和企业横向合作基金项目的资助。