近日，晶体材料国家重点实验室刘宏教授、桑元华教授团队设计了卟啉基共价有机聚合物和硫化铟锌Z型异质结实现了高效光催化水分解产氢，在纳米能源领域再添新成果。研究成果以“Porphyrin-based Donor–Acceptor Covalent Organic Polymer/ZnIn₂S₄Z-Scheme Heterostructure for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution”为题，发表于国际期刊Advanced Functional Materials (IF=19.924)上。文章第一作者为晶体材料国家重点实验室2019级博士研究生崔超，通讯作者为晶体材料国家重点实验室于小雯、桑元华教授和山东交通学院王晓宁副教授，山东大学为第一作者和通讯作者单位。

光催化分解水制氢是缓解当前化石能源危机和环境污染的一种很有前途的策略。在过去的几十年里，人们为开发高效的析氢光催化剂做出了巨大的努力。由于光催化剂严重的光生载流子复合严重限制了载流子的有效利用，从而限制了其实际应用。通过设计能带匹配结构形成异质结是提高载流子分离的有效策略，而构建Z-scheme异质结构光催化材料实现高效的光催化水分解产氢具有十分重要的意义。团队受光合作用叶绿素的重要组成成分卟啉单元启发，巧妙设计了一种新型的卟啉基共价有机聚合物（COP）并与ZnIn₂S₄（ZIS）形成了Z型异质结光催化剂，研究表明在COP的HOMO轨道上的光生电子与ZIS的VB处的光生空穴结合，促进了ZIS表面光电子超过3倍的积累。引入Pt助催化剂到COP-ZIS异质结构中解决了反应速率低的问题，实现了5.04 mmol g⁻¹h⁻¹的高效光催化析氢速率，进一步提高了约5倍的析氢速率。基于COP的异质结构策略将激发更多有机-无机Z型异质结构的设计，实现高效的光催化绿色能量转换。

基于异质结构光催化体系的构建，刘宏、桑元华教授团队已取得多项连续性成果，先后发表在Advanced Materials（2015）、Advanced Energy Materials（2017）、Advanced Science（2019）、Nano Energy（2021，2021）、ACS Energy Letters (2021)等国际期刊。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者计划、和晶体材料国家重点实验室的大力支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.202208962