近日，我校材料学院师资博士后毛梁博士以第一作者在Applied Catalysis B（影响因子：11.698）（Appl. Catal. B 2019, 242, 441-448）上发表了“Black phosphorus-CdS-La2Ti2O7 ternary composite: Effective noble metal-free photocatalyst for full solar spectrum activated H2 production”的研究论文。
半导体光催化水分解产生氢气（H2）为太阳能向清洁能源转化提供了一种有效途径。迄今为止，氧化物，硫化物和氮氧化物等各种半导体光催化剂已被用于光催化分解水。然而，没有一种单独的半导体可以同时满足高效光催化剂的所有要求。宽带隙半导体稳定但光谱吸收范围有限。例如，高稳定的钙钛矿结构La2Ti2O7（LTO）具有良好的光催化分解水活性，但其宽带隙（约3.2 eV）限制了其光吸收仅在紫外（UV）区域。相反，许多带隙相对较窄的半导体可以吸收更宽范围的太阳光，但是这种材料在光催化过程中往往容易遭受光腐蚀。例如，CdS的带隙约为2.3 eV，能够很好地匹配太阳光谱中的可见光部分，但光催化性能通常受到低光稳定性和高光生电荷复合率的限制。此外，只有极少数窄带隙半导体可以吸收近红外（NIR）光，而近红外光占太阳光谱能量的40％以上。例如，二维层状结构的黑磷（BP）晶体具有可随层数变化调节的带隙宽度（0.3-2.0 eV），可吸收紫外到近红外波段的太阳光，近年来在宽光谱活化光催化领域引起了广泛关注；然而，BP的近红外区光催化产H2应用很少被报道，并且由于光生电荷快速复合，其光催化活性仍然很低。
基于以上研究现状及面临的问题，研究人员设计出了一种由BP量子点（QDs），CdS纳米颗粒（NPs）和LTO纳米台阶（NSP）组成的无贵金属光催化剂体系，用于宽波长范围的太阳光（特别是近红外区域）催化产氢。在这个三元体系中，BP QDs作为UV到NIR光敏剂，与普通的BP纳米片相比，它的水还原活性得到了提高；CdS NPs不仅有助于UV-vis光捕获，还可以作为电子导体，促进BP QD和LTO之间的电荷转移；具有连续表面结的LTO纳米台阶已经被证明可以在空间上分离电子和空穴，从而延长光生载流子的寿命。利用飞秒级瞬态吸收光谱充分研究了电子从BP QDs到CdS NPs再到LTO的动力学传输过程。这项工作开辟了一种新方法，在没有任何贵金属的情况下，利用宽带隙半导体的优异电荷传输特性和窄带隙半导体的宽光谱吸收，提高整体光稳定性的同时实现从量子点到金属硫化物和氧化物的有效界面电荷转移。
毛梁，2018年7月获得北京航空航天大学凝聚态物理专业理学博士学位，主要从事半导体功能材料在光催化制氢和固氮方面的研究。现为中国矿业大学材料学院师资博士后，合作导师为沈宝龙教授，主持中国矿业大学人才引进资助项目。以第一作者（或共同第一作者）在Nano Energy，Appl. Catal. B，ACS. Energy Lett.等期刊发表SCI论文4篇 (均为一区，3篇IF>10，4篇IF>9，总IF>47)。
