來源：材料與能源科學(xué)技術(shù)研究院

近日，我校材料與能源科學(xué)技術(shù)研究院、“降碳減污-協(xié)同增效”校級核心科研團(tuán)隊(duì)在太陽能催化合成綠色化學(xué)品領(lǐng)域取得里程碑式突破。研究成果以《各向異性雙S型異質(zhì)結(jié)中電子轉(zhuǎn)移與質(zhì)子中繼的協(xié)同用于克服過氧化氫光合成的動力學(xué)失配》為題，發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》。該期刊為材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊，我校為論文的第一完成單位和通訊單位，王冰為論文第一作者，馮祥波教授和趙玉真教授為論文共同通訊作者。此項(xiàng)工作是我校在該期刊上發(fā)表的首篇研究論文，標(biāo)志著我校在光催化前沿基礎(chǔ)研究方面取得了重大進(jìn)展。

過氧化氫（H?O?）作為一種重要的綠色氧化劑和能源載體，在環(huán)境修復(fù)和化工生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，傳統(tǒng)工業(yè)合成法能耗高、污染重，利用太陽能“光合作用”生產(chǎn)H?O?是理想的綠色替代路線，但其效率長期受限于光生電子與質(zhì)子傳輸速度不匹配這一核心動力學(xué)瓶頸。

圖1催化體系設(shè)計(jì)理念對比示意圖

針對這一世界性難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“各向異性雙S型異質(zhì)結(jié)”與“酰胺橋聯(lián)質(zhì)子中繼”協(xié)同的多維仿生設(shè)計(jì)策略，團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建了C?N?/SubPc-1/C?N?三元異質(zhì)結(jié)催化劑，巧妙地將一維的質(zhì)子傳輸通道與多維的電子轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)融為一體。其中的酰胺鍵（-CONH-）如同“分子級高速公路”，不僅能高效傳遞電子，其N-H位點(diǎn)還能像“接力棒”一樣快速傳遞質(zhì)子，從而在分子尺度上解決了電子與質(zhì)子供應(yīng)不同步的關(guān)鍵難題。值得關(guān)注的是，團(tuán)隊(duì)中的本科大二學(xué)生王欣怡也深度參與了此項(xiàng)前沿研究工作。這得益于學(xué)校實(shí)行的卓越班學(xué)生導(dǎo)師培養(yǎng)制，該制度讓優(yōu)秀的本科生能夠早期進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在導(dǎo)師帶領(lǐng)下直接接觸和參與國際前沿的科研項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)與科學(xué)研究的深度融合。

圖2實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論模擬驗(yàn)證光催化機(jī)制

該體系能高效協(xié)同降解有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)“降碳”與“減污”的同步增效。研究通過飛秒瞬態(tài)吸收光譜等尖端表征技術(shù)，揭示了小于1皮秒（<1 ps）的超快電子轉(zhuǎn)移路徑，并結(jié)合多尺度理論計(jì)算，從原子層面闡明了“電子-質(zhì)子”協(xié)同催化的微觀機(jī)制。

圖3飛秒瞬態(tài)吸收光譜表征載流子分離動力學(xué)

此項(xiàng)研究不僅為高效光催化合成H?O?提供了全新思路和普適性的界面工程范式，也為設(shè)計(jì)面向碳中和的其他光合作用系統(tǒng)（如CO?還原、N?固定）奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，展現(xiàn)出廣闊的綠色應(yīng)用前景。此項(xiàng)成果也是我校科研反哺教學(xué)、本科生融入高端科研的成功范例。

作者簡介

王冰，男，1996年生，工學(xué)博士（西北大學(xué)），香港浸會大學(xué)訪問學(xué)者（合作導(dǎo)師：趙峻教授）。主要從事太陽能轉(zhuǎn)化與利用、光/電催化功能分子設(shè)計(jì)與制備等領(lǐng)域相關(guān)研究。近年來，先后主持陜西省教育廳自然科學(xué)專項(xiàng)項(xiàng)目、西京學(xué)院高層次人才基金等課題，以第一作者/通訊作者在Advanced Functional Materials（IF 19.0）、Advanced Science（IF 14.1）、Applied Catalysis B: Environment and Energy（IF 21.1）、Chemical Engineering Journal（IF 13.4）、Journal of Materials Science & Technology（IF 11.2）等國際期刊發(fā)表SCI論文20余篇，并擔(dān)任中國化學(xué)快報《Chinese Chemical Letters》青年編委。

圖文/材料與能源科學(xué)技術(shù)研究院

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