研究核心突破 - 中国科学院金属研究所团队利用“晶格工程”策略，通过给光催化材料聚三嗪酰亚胺“补钙”，成功提高了其太阳能水制氢效率 [1] - “补钙”策略改变了材料的生长环境和基体，将制备熔盐从氯化锂/氯化钾混合物改为氯化锂/氯化钙混合物，最终制备出钙掺杂PTI六棱纳米盘 [2] 材料特性与原有挑战 - 聚三嗪酰亚胺是一种碳氮聚合物半导体，具有低成本、环境友好、能带结构合适等特性，被认为在低成本规模化全分解水制氢方面潜力巨大 [1] - 此前PTI的光催化分解纯水制氢效率较低，主要原因是光生电荷（电子和空穴）易结合形成“激子”并复合消失，无法参与反应，这是许多聚合物半导体材料的共同挑战 [1] 技术改进与性能提升 - “补钙”后，催化剂“激子”中光生电子和空穴的结合能从48.2毫电子伏大幅降低至15.4毫电子伏 [2] - 新的结合能低于室温下的热扰动能，使得激子在室温热扰动下即可自发解离，形成自由电荷 [2] - 得益于该功效，光催化剂分解纯水初始制氢活性提高了3.4倍 [2] 研究意义与应用前景 - 该研究为调控聚合物半导体光催化材料的光物理属性提供了可参考的有效策略 [2] - 该策略有助于推动聚合物半导体材料在不同光能转换场景中的应用 [2]