近日，電子科學與技術學院黃文財教授團隊和福州伏智光催化研究中心呂鋒仔團隊應邀在Cell旗下物質科學子刊Cell Reports Physical Science發表了題為“The development of balanced heterojunction photocatalysts”的perspective前瞻性論文（DOI:10.1016/j.xcrp.2022.101082）。該工作在國際上首次提出新一代異質結——“平衡”異質結光催化劑，并就其背景、應用與挑戰深入探討，尤其是在大規模光解水制氫體系中的解決策略，并討論了其強氧化還原能力在二氧化碳還原，污染物降解和細菌消毒等光催化領域的典型應用。

“綠色氫能”作為一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體之一，到2050年，我國氫氣需求量將達到6000萬噸，產業鏈年產值近12萬億元。在眾多綠氫開發工藝中，光解水技術因可將太陽能直接轉化為化學能且具有反應條件溫和、副產高價值氧氣等顯著優勢近年來備受關注，但光能轉換效率與光穩定性間的協同實現仍是難題，且考慮到學術研究與工業化應用的差異性，光解水技術的實際應用受到了巨大的阻礙。而在其它光催化應用領域，光催化技術卓越的氧化還原能力，對能源轉換、環境修復、細菌消毒等都頗有成效，但如何邁向規模化仍需深入探究。

塊狀和薄層異質結被習慣地視作異質結研究的兩個主要方向，空間電荷區僅被視為一個物理學概念，從未被認為可以是“實物”，更缺乏有效的制備手段，因此厚度在該區域內（不包括二維薄層異質結）的研究尚未開展。該前瞻性論文著眼于這一點，在前期成果（STH突破性達2%，Cell Reports Physical Science,2021,2(12),100652）的基礎上，首創“平衡”異質結概念，協同實現優異的效率與穩定性，成功填補了上述研究空白。圍繞太陽能光解水制氫的規模化這一目標，該工作依次從現狀、前景與挑戰等角度對“平衡”異質結光催化劑展開分析，并據此構建出雙邊對稱/交錯陣列型光解水規模制氫體系。該設計充分考慮了工業化生產的可行性，不僅最大限度地利用了可見光，還充分利用了導電基板對光生電子和空穴的復合效應，大大加速了光生載流子的分離。同時，這種結構可以將產生的H2和O2分開收集，具有效率高、成本低、易于施工等優點，為光解水領域邁向產業化提供了高效、經濟的可靠原型。進一步考慮到由厚度調控手段與獨特制備工藝支撐的“平衡”異質結光催化體系在材料選擇上顯著提升的靈活性，文中還討論了多種基底與材料組合的平衡異質結體系，充分體現了其在能源、環境、健康等諸多焦點領域上應用的可行性與廣闊前景。該系列工作得到光明日報客戶端、新福建、今日頭條和Cell Press細胞科學等眾多知名媒體的重點報道。

雙邊對稱/交錯陣列型光解水規模制氫體系

廈門大學電子科學與技術學院博士生朱德勝和助理教授董志鵬為該工作的共同第一作者，黃文財教授和福州伏智光催化研究中心呂鋒仔為共同通訊作者。綠色氫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業橫向合作基金項目的資助。