俞书宏/李毅Angew.：提高1000倍！最大化利用量子线空穴实现高效光催化的设计原则

最大化地提高空穴转移动力学，通常是半导体基人工光合作用的速率决定步骤，对于同时实现高效太阳能制氢和空穴利用的至关重要，但这仍然难以实现，因为研究主要集中在优化电子参与的半反应上，仅通过经验地使用牺牲电子供体（sacrificial electron donors, SEDs）来消耗浪费的空穴。

基于此，中国科学技术大学俞书宏院士和李毅教授等人报道了以高质量的ZnSe量子线为模型，展示了不同SEDs中的空穴转移过程如何影响其光催化性能。

作者发现，更大的驱动力单调地提高了空穴转移速率和光催化性能，几乎提高了三个数量级，与量子受限系统中Auger-辅助空穴转移模型很好地吻合。

通过DFT计算，作者研究了SEDs对水的吸附能（E_ads）和HER的基本步骤的影响。根据晶体学分析，选用纤锌矿ZnSe纳米线的(100)面作为代表性的催化表面进行计算。

结果表明，对比ZnSe表面，不同SEDs存在时，E_ads的变化很小，与相应的光催化性能没有明显的一致性，表明SEDs对H₂O吸附的影响可以忽略不计。

在光激发下，导带最小值（CBM）处的电子受到三种可能的消耗途径的影响，包括与VBM处空穴的辐射和非辐射复合，以K_trap速率通过表面电子陷阱进行亚皮秒（ps）快速捕获，以及以k_WR速率进行纳秒-微秒的水还原过程。

同时，空穴可以转移到SEDs，其转移速率k_HT对电子的寿命有显著影响。因此，超快空穴转移过程以及消除表面电子陷阱是使长寿命电子产生H₂的先决条件。

Design Principles for Maximizing Hole Utilization of Semiconductor Quantum Wires toward Efficient Photocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202305571.

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俞书宏/李毅Angew.：提高1000倍！最大化利用量子线空穴实现高效光催化的设计原则

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