他，西南石大副校长、「国家杰青/青年长江学者」，新发AM！

太阳能光催化绿色制氢气（H₂）析出反应为太阳能转化为化学燃料提供了一条有前途的途径。

然而，快速光生电荷载体的不同步和缓慢的表面反应动力学限制了它的效率。

基于此，2024年11月19日，西南石油大学副校长周莹教授、瑞典隆德大学郑恺波研究员团队在国际期刊Advanced Materials发表题为《Balancing the Charge Separation and Surface Reaction Dynamics in Twin-Interface Photocatalysts for Solar-to-Hydrogen Production》的研究论文。团队成员淡猛为论文第一作者。

周莹：二级教授、博士生导师，西南石油大学党委常委、副校长。国家杰出青年科学基金获得者、百千万人才工程国家级人选、国务院特殊津贴专家、教育部青年长江学者、英国皇家化学会会士、四川省学术和技术带头人等；四川省“天府峨眉计划”创新团队、四川省青年科技创新研究团队负责人；Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Catal.等期刊发表论文130余篇，被正面引用4500多次，H index为40。

在此，研究人员通过使用孪晶结构作为独特的平台，专注于电荷传输和表面反应的同步化，来实现光催化剂设计的范式转变。

以CdS孪晶结构（CdS-T）为模型，系统地研究了孪晶界在调节表面反应和促进电荷迁移中的作用。

利用瞬态吸收（TA）和时间分辨红外（TRIR）光谱，揭示了CdS-T在皮秒时间尺度上实现了电荷分离，更重要的是，涉及空穴的表面反应也在100 ps至3 ns内发生，这种电荷供给和表面再生的这种同步显著增强了析氢过程。

因此，CdS-T在可见光光催化制氢方面表现出优异的活性，其产氢速率为55.61 mmol h^-1 g^-1，稳定性显著（> 30 h），明显优于原始CdS。

这项研究强调了孪晶结构在光催化中的变革潜力，提供了一种同步电荷传输和表面反应的新途径。

图1：CdS-T结构表征

图4：添加H₂S的CdS-T瞬态红外光谱表征和同位素实验

图5：整体催化动力学机制

综上所述，该研究通过HCL辅助S源浓度调控策略设计了纳米缠绕CdS催化剂（CdS-T），实现了光催化过程中电荷分离与表面反应的同步。

CdS-T在皮秒时间尺度上实现了高效的电荷分离，表面反应也在100 ps至3 ns内完成，显著提升了析氢过程。

研究人员认为，对孪晶动态分布与精细结构设计的相关性研究将为未来光催化剂的设计提供新的可能性。

Balancing the Charge Separation and Surface Reaction Dynamics in Twin-Interface Photocatalysts for Solar-to-Hydrogen Production, Advanced Materials, 2024.