太原理工大学张献明教授、郭绍晖， Adv. Funct. Mater.观点：光热诱导水相调控策略实现高效废水制氢

第一作者：郭绍晖、崔静、张竹霞

通讯作者：张献明*

单位：太原理工大学

水作为全球关键资源，其可利用性正面临极端气候事件与人为活动干预的双重挑战。不同领域用水对水质的特定要求，进一步加剧了水-食物-能源-生态系统关系的失衡：水体中的有机污染物与病原微生物直接威胁人类健康，而盐度升高则严重制约农业灌溉与作物生产，此外，各类污染物的累积还会对水生生态系统的结构与功能造成不可逆破坏。在水资源短缺与环境可持续发展的双重背景下，太阳能驱动的光催化水分解制氢技术，因能将清洁能源转化与水资源利用相结合，成为推动绿色低碳发展的重要方向之一。然而，该技术目前高度依赖高纯度水源，且在部分水资源匮乏地区，纯水制备及长距离运输成本可高达 45 美元/吨，显著削弱了其规模化商业应用的可行性。因此，突破现有光催化体系对水质的严苛限制，提升其在复杂水质场景下的适用性与稳定性，已成为该领域亟待解决的关键问题。

近日，太原理工大学的张献明教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Photothermal Effect Induced Water/Catalysts Interface Regulation for Enhanced Hydrogen Production from Wastewater”的观点文章。该观点文章提出一种高效的光热诱导水相调控策略。该策略通过主动改变废水的相态（将液态水转化为蒸汽），可使氢气传输阻力降低约两个数量级；同时，相态转变过程中形成的局部高温环境，能够有效降低反应界面的吸附能垒，加速光生载流子的分离与迁移效率，最终实现“高效光催化制氢”与“废水资源化利用”的协同进行。

为消除废水中有害成分（如污染物、高盐离子等）对光催化反应的抑制作用，将碳基泡沫材料与等离激元基光催化剂结合，构筑一体化反应体系。其中，碳基泡沫材料承担双重功能：一方面通过流体传输策略实现废水中有害成分的高效分离，另一方面借助自身优异的光热转换性能将太阳能转化为热能，促使水体蒸发产生蒸汽，完成水相调控过程，实现废水纯化；纯化后的水分子被碳基泡沫上表面的催化剂包覆，光照下进行水裂解制氢反应。

该光热效应诱导水相调控反应体系，不仅减少了废水中杂质对于光催化反应过程（光吸收、表面吸附等）不利影响，还诱导催化剂周围局域高温环境，可显著降低水分子吸附过程的能垒，并加速光生载流子的分离和传输过程。此外，水相态变化，还减少了产物逸出阻力，扩散系数提升两个数量级。

在室外自然环境光照下，该光热效应诱导水相调控反应体系产氢速率达到51.33 mmol m^-2 h^-1，为复杂水质条件下光催化制氢技术的实际应用提供了新范式 。

Photothermal Effect Induced Water/Catalysts Interface Regulation for Enhanced Hydrogen Production from Wastewater

张献明教授简介：太原理工大学教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，“百千万人才工程”国家级人选，全国优秀博士论文获得者，洪堡学者，霍英东基金获得者，三晋学者。教育部化学专业教学指导委员会委员，中国晶体学会委员，山西化学会副理事长。主要从事金属-有机框架、共价-有机框架、非线性光学晶体、纳米团簇化学和新能源等相关研究，主持和参与国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大／重点／面上／青年、973 子课题、教育部新世纪优秀人才基金、全国优秀博士学位论文专项基金、霍英东教育基金等基金。在 Nat. Commun., Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. 等期刊发表研究论文 180 余篇，2014-2023 连续十年入选“中国高被引学者”榜单。曾获国家自然科学二等奖（排名 5）、中国化学会青年化学奖、山西省科学技术奖一等奖两项（排名 1）和二等奖三项（排名 1）。