周卫教授团队再次发表高水平研究成果
近日，齐鲁工业大学（山东省科学院）化学与制药学部周卫教授团队在孪晶光催化制氢方面取得重要研究进展，该成果以“Periodic quantum well mediated oriented charge separation in Cd₀.₃Zn₀.₇S twin crystal towards optimized photocatalytic hydrogen evolution”为题在国际顶级期刊Materials Science and Engineering R Reports（IF=31.6，中科院一区TOP）上在线发表。化学与制药学部周卫教授和黑龙江大学谢颖教授、于海涛教授为本文共同通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）化学与化工学院为通讯单位。
随着能源消耗的加剧和环境问题的恶化，开发绿色可再生的能源已成为人类社会可持续发展所需面对和亟待解决的重要任务。自Fujishima等人提出利用太阳能分解水制氢以来，光催化技术被认为是解决上述问题的终极解决方案之一。针对传统宽带隙半导体的可见光利用效率低、光生载流子复合严重等问题，开发具有可见光活性且能够高效光催化分解水产氢的催化剂成为了关键。基于Cd₁₋ₓZnₓS体系，开发了一种简单便捷的方法制备了具有特殊孪晶结构和丰富硫空位的Cd₀.₃Zn₀.₇S纳米片光催化材料，在可见光照射(λ> 400 nm)下的光催化产氢速率高达13148.98 μmol/h/g。DFT计算结果表明特殊孪晶结构引发了孪晶界面处的镜面对称性并导致了层间极化在孪晶界面处发生了反转，从而导致了周期量子阱(Periodic Quantum Well，PQW)的形成。这种特殊的周期量子阱可以自发地、有效地促进光生载流子的定向分离。与传统的具有单一自发极化取向的光催化剂完全不同，孪晶界面的形成所引发的镜像对称性打破了层间电极化的长程有序性，从而使载流子的扩散距离减半。对于具有固定粒子尺寸的光催化剂，沿特定方向增加重复的孪晶单元数(n)将使催化剂的光生载流子的扩散距离减少n倍。这种新颖的特性有效地降低了光生电子和空穴在对向扩散过程中复合的概率，从而提高了电荷的分离效率和载流子的寿命，这是Cd₀.₃Zn₀.₇S孪晶催化剂具有高效光生载流子分离效率的一个关键因素。本研究为设计合成高效的周期量子阱光催化纳米材料提供了新思路。本工作受到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高等学校“青创人才引育计划”等项目的支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927796X24000731
周卫，齐鲁工业大学（山东省科学院）教授，博士生导师。省杰出青年基金和省青年科技奖获得者，山东省高校青创团队能源环境光催化团队负责人。入选科睿唯安（Clarivate）2022年度全球“高被引科学家”和全球前2%顶尖科学家终身科学影响力榜单。目前担任中国感光学会青年理事会理事、中国感光学会光催化专业委员会委员、中国化学会高级会员、Advanced Powder Materials特聘编委、《中国化学快报》(Chinese Chemical Letters, CCL)青年编委、EcoEnergy青年编委、Materials Communications编委、Environmental Functional Materials编委、Nanomaterials编委、《山东化工》编委。主要研究多孔纳米材料在能源环境光催化领域的应用，近年来主持国家自然科学基金（6项）、省杰出青年基金等省部级项目二十余项，以第一/通讯作者在Mater. Sci. Eng. R、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际期刊发表SCI收录论文180余篇，被他人引用1.9万余次，h因子77，ESI TOP 1%高被引论文20余篇，封面论文10篇。出版中文专著2部、英文著作3章节，授权中国发明专利20余件，获省科学技术奖一等奖2项、省青年科技奖及市青年科技奖等。
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