《上海科技报》华东理工大学助催化剂—半导体异质结析氧机制研究获新进展

太阳能驱动水分解制氢是实现绿色能源转化的重要途径。其中，OER涉及多电子、多质子转移过程、动力学缓慢，是制约光催化整体效率提升的核心瓶颈之一。长期以来，在半导体表面负载助催化剂被认为是提升OER性能的有效策略。通常认为，助催化剂一方面能够提供反应活性位点，降低表面反应能垒；另一方面又能够调控半导体界面电荷分布，促进光生空穴在反应位点积累。然而，在实际助催化剂—半导体异质结体系中，这两种作用往往高度耦合，难以区分其各自贡献，导致助催化剂筛选和性能优化长期缺乏清晰的定量理论依据。

TiO₂和IrO₂/TiO₂光催化析氧反应（OER）示意图，以及催化剂的火山型活性变化规律和本征活性随金属功函数（Φ_m）变化的趋势。

研究发现，在IrO₂/TiO₂体系中，OER速率的提升并非来源于IrO₂位点更高的本征活性；相反，Ir位点过强的氧结合能力会在一定程度上阻碍O-O键形成，不利于OER的本征动力学过程。该体系表现出的优异OER性能，主要来源于IrO₂较强的空穴积累能力以及异质结界面肖特基结所引起的表面空穴浓度提升。

该研究从理论层面阐明了助催化剂—半导体异质结中“活性—载流子”耦合调控光催化OER的微观机制，突破了传统上将助催化剂作用简单归因于“提高本征活性”和“提升空穴浓度”的笼统认识。相关成果不仅加深了对光催化水氧化界面反应过程的理解，也为面向太阳能燃料制备的高效异质结催化材料设计提供了可推广的新思路。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2026/EE/D6EE00362A