生态环境材料课题组薛晋波副教授团队设计并构筑了具有层级分布的双缺陷黑色TiO₂，增强了其在可见光驱动下的光催化产氢效率，该研究结果发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上（一区TOP期刊，影响因子13.273）。论文题目为“A promoted photocatalysis system trade-off between thermodynamic and kinetic via hierarchical distribution dual-defects for efficient H₂ evolution”。论文第一作者是博士研究生高佳琦，通讯作者是新材料界面科学与工程教育部重点实验室薛晋波副教授。

基于缺陷工程调控的光催化技术已在多领域的应用中表现出的良好发展前景。然而单组分的光催化剂在反应过程中存在热力学和动力学之间的相互掣肘，因此将具有协同功能的多元缺陷精确地构筑于光催化剂所需的不同位置是解决这一挑战的可行策略。

薛晋波副教授团队提出利用黑色TiO₂中表面氧空位和体相N掺杂两种缺陷的协同作用，在满足析氢反应的基础上加速动力学过程，实现高效光催化产氢。两种缺陷调制了TiO₂的p轨道，在缩减带隙同时维持其导带的还原电势，为光催化制氢反应提供足够的热力学反应势垒。具有层级分布的双缺陷诱导形成了表面和体相之间的内置电场，优化了光生载流子输运行为，为光催化反应过程中电荷的高速转移提供了的动力与通道。该研究通过双缺陷的协同作用增强了太阳光的捕获和促进了光生电荷转移，解决了单组分的光催化剂在反应过程中热力学和动力学之间相互掣肘的问题。该策略为其他单组分半导体光催化剂中实现太阳光的高效利用和光生电荷的快速转移提供指导方针。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133281