21世纪以来，化石燃料的过度使用造成了CO₂等温室气体的大量排放，导致了全球气候变暖，严重威胁到人类可持续发展。在“碳达峰”和“碳中和”的大背景下，新能源如太阳能的开发利用、如何有效转化二氧化碳等成为研究重点。学院张永政教授课题组聚焦光/电催化，近期在《JACS Au》、《Small》、《Carbon》等期刊上发表多篇研究型文章，深入探索讨论反应机理。

受三维（3D）纳米多孔结构优良的固有物理和化学特性的启发，将硫化镉纳米颗粒沉积在三维独立的纳米多孔还原氧化石墨烯（CdS/np-rGO）上，开发了一种纳米多孔p-n异质结用于光催化生成H₂。如图所示，所建立的三维电荷传输通道可以加速电空穴对的分离。此外，在内置场的引导下，光激发电子从pn-rGO到硫化镉的加速传输，从而抑制了载流子的不利重组。该成果在《Carbon》 (IF=10.9)上发表了题为 Three-dimensional nanoporous heterojunction of CdS/np-rGO for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution under visible light 的研究文章。

通过光裁剪辐照策略，研究ZnO/Cs₂AgBiBr₆纳米棒阵列（ZC NRAs）S型异质结，阐明了压电-光催化s方案异质结的光激发诱导调制载流子调控机制，表明ZnO的光激发可以根据压电场和内置电场的方向改变压电催化性能的增益或损失结果。该成果在《Materials Today Physics》(IF=11.5)发表了题为 The insight into the critical role of photoexcitation in manipulating charge carrier migration in piezo-photocatalytic S-scheme heterojunction 的研究文章。

将富含S空位的ZnIn₂S₄纳米片(VS-ZIS)锚定在氮掺杂的纳米多孔石墨烯(N-npG)上，构建三维(3D)异质结构用于光催化析氢。原位动力学研究揭示了硫空位作为增强载流子分离活性位点的深层机理。由于接触后所形成的肖特基势垒，光生电子被VS-ZIS中的S空位有效捕获，参与析氢反应，而界面空穴被N-npG中的额外电子中和，抑制了自腐蚀行为。该成果在《JACS Au》(IF=8.0)发表了题为 Defect and Donor Manipulated Highly Efficient Electron-hole Separation in 3D Nanoporous Schottky Heterojunction 的研究文章。

碳包封的CuNi纳米颗粒锚定在氮掺杂的纳米多孔石墨烯上(CuNi@C/N-npG）复合材料，并在宽电位窗口（600 mV）下表现出优异的CO₂还原性能，具有较高的乙醇法拉第效率（FE_ethanol ≥ 60%）。电子从Cu转移到Ni-N-C是由于金属（Cu和Ni）的不同电负性以及通过N-npG的离域π电子系统存在更强的金属-载体相互作用（Ni-N-C）。结果表明，表面Cu原子的电子密度降低，有利于Cu^δ+的生成。该成果在《Small》(IF=13.3)上发表了题为 Regulated Surface Electronic States of CuNi Nanoparticles through Metal-Support Interaction for Enhanced Electrocatalytic CO₂ Reduction to Ethanol 的研究文章。

V_S-CuInS₂催化剂相较于CuInS₂可实现高甲酸选择性的提升。原位拉曼和密度泛函理论计算阐明了碳产物选择性明显变化的缘由。硫空位的引入有效调节了金属活性位点周围的局部电子密度，诱导*COOH和*OCHO从CuInS₂上的竞争性吸附转变为V_S-CuInS₂上的特异性吸附。此外，V_S-CuInS₂上电子结构的调控抑制了*H的吸附，从而抑制HER副反应。这项工作揭示了通过调节电子结构实现CO₂RR中间体的吸附转变，补充了对增强的CO₂RR机理的理解。该成果在《The Journal of Physical Chemistry Letters》(IF=5.7）上发表了题为 Adjusted Preferential Adsorption of Intermediates via Regulation of the Electronic Structure during the Electrocatalytic CO₂ Reduction Process 的研究文章。

重构在三维纳米孔铜结构中的原位生长金属Bi纳米颗粒，三维纳米多孔导电网络和Cu与Bi之间的相互作用，Bi@np-Cu费米能级向上移动，表现出优异的电催化CO₂RR性能。同时np-Cu有效地调节了Bi的电子态，优化了中间吸附能，从而提高了Bi的本征活性。该成果在《Science China Materials》(IF=8.1）上发表了题为 In situ reconstruction of Bi nanoparticles confined within 3D nanoporous Cu to boost CO₂ electroreduction 的研究文章。

供稿审核：刘广强

编辑审核：王文志

终审：满忠晓