基于具有良好光稳定性的无机半导体材料实现光催化全分解水已被证明是经济可行的、利用太阳能制氢最有希望的方法之一。材料的吸光性能决定理论太阳能-氢能的转化效率，因此利用宽光谱捕光材料实现全分解水至关重要。然而，吸光范围的拓展通常伴随着光生载流子驱动力的降低，使电荷分离变得极为困难，因此如何利用宽光谱捕光材料实现全分解水是光催化领域的热点和难点问题。基于此，祁育副教授、章福祥研究员系统性总结了过去五年来利用宽光谱捕光无机半导体材料通过一步光激发法、两步光激发法实现全分解水的重要创新性进展，展望了该领域的机遇和挑战。

本文系统性梳理了近五年来可见光吸收带边大于500 nm的无机半导体材料通过一步光激发法、两步光激发法（氧化-还原电对、固态电子传输介质）实现全分解水制氢的范例，归纳整理了不同策略实现全分解水需要解决的关键问题，汇总了多种改善宽光谱捕光材料电荷分离和抑制逆反应的策略。

图1. Graphic Abstract 图文摘要

1.一步光激发法：根据热力学需求，一步光激发法要求半导体材料导价底的位置比质子还原电位更负，价带顶的位置比水氧化电位更正，同时考虑过电位的存在，满足全分解水需求的半导体禁带宽度最小为1.6 eV，对应的吸收带边为750 nm左右。本文列举了近五年来多种吸收带边大于500 nm且可实现一步光激发全分解水的无机半导体材料，主要集中于氮氧化物、硫氧化物以及离子掺杂氧化物。同时对构建一步全解水的关键问题：如何提升电荷分离、实现高效表面催化转化、抑制逆反应和提升材料稳定性等内容进行概述。

2.以氧化-还原电对为电子传输介质的两步光激发法：两步光激发法也被称为Z机制，通常由产氢端、产氧端和电子传输介质组成。相较于一步光激发法，Z机制降低了半导体导价带位置的热力学要求，只需满足质子还原或水氧化电位需求中的一个即可，大大拓宽了可利用的无机半导体材料范围。对于不同的电子传输介质，通过Z机制实现全分解水所需解决的关键问题不同。本文分别对两种电子传输介质进行了详细了对比和归纳。针对以氧化-还原电对为电子传输介质的体系，全面汇总了目前常用电对的优缺点、使用条件、驱动Z机制的注意事项、目前所利用的最宽可见光吸收范围以及不同电对体系下的最高表观量子效率。另外，本文特别强调了抑制逆向反应对实现Z机制全分解水的重要作用并总结了相应的解决策略，为成功构筑该体系提供了指导。

3.以固态电子传输介质为电子传输介质的两步光激发法：固态电子传输介质的开发虽晚于氧化-还原电对体系，但其显著的优势在于不存在由于电对的引入而触发的逆反应。本文通过深入分析该体系的基本原理，对影响产氢端和产氧端之间电荷传输的关键因素进行了深入的介绍。同时对目前已开发的固态电子传输介质（金属、碳基导电材料等）、所利用的最宽可见光吸收范围以及不同介质下的最高表观量子效率分别进行了归纳总结。

尽管目前所取得的效率水平离工业应用需求尚有一定差距，但基于宽光谱捕光材料光催化全分解水的未来仍有很大的进步空间。如何构建高效的光解水系统以提高效率将是未来的研究重点。未来需要关注的方向包括：1.继续开发新型宽可见光响应光催化剂；2.探索合成材料新方法；3.发展调节表面吸附能力和改善界面接触的改性策略；4.探索合成高效助催化剂，实现对正向反应的高选择性；5.开发新型氧化-还原电对或固态电子传输介质。论文作者希望这篇综述能够为今后合理设计光催化全分解水体系提供参考，并推动该领域的进一步发展。

本论文第一作者为辽宁师范大学化学化工学院祁育，发表于中国科学院化学大类一区TOP期刊CCS Chemistry上，影响因子为9.2。该期刊为中国化学会独立创办的第一本国际杂志，涵盖化学所有领域，强调化学在生物医学、纳米技术等交叉领域的核心作用，具有重要的国际影响力。

论文信息：Recentprogress onoverallwatersplitting usingparticulateinorganicphotocatalysts withwidevisiblelightutilization

Yu Qi, Fuxiang Zhang

DOI:10.31635/ccschem.025.202506292

文章链接： https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.025.202506292