第一作者：凡纪鹏
通讯作者：王海涛, 邹菁
通讯单位：武汉工程大学
论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.126268
2025年12月2日，武汉工程大学邹菁教授与王海涛副教授课题组在在国际权威期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上发表题为“Engineering MXenes charge bridge enables fast carrier transport in S-scheme heterojunctions for enhanced photocatalytic H2 production”的最新研究成果。该研究创新性地引入V2C MXene作为“电子高速公路”，成功构建了g-C3N4/V2C/ZnIn2S4（CN/V2C/ZIS）三元S型异质结光催化剂，一举突破传统S型异质结中电荷转移缓慢、载流子易复合的关键瓶颈。通过DFT计算与原位表征，团队首次清晰揭示了MXene介导的实时电子转移路径。最终，CN/V2C/ZIS光催化剂展现出卓越的制氢性能：光解水制氢速率高达21.92 mmol g-1 h-1，在365 nm处的表观量子效率达19.43%。该研究不仅确立了MXene在S型异质结中作为高效电子调节剂的重要作用，也为下一代高性能光催化剂的界面工程提供了普适性设计策略。
能源危机与环境挑战日益严峻，推动清洁氢能技术持续革新。光催化水分解制氢可将太阳能直接转化为氢能，被视为实现可持续发展的关键路径之一。然而，理想的光催化剂需同时具备宽光谱吸收、快速电荷分离与高表面反应活性，而单一半导体材料往往受限于载流子复合快、光谱响应范围窄等固有缺陷。异质结工程是突破上述限制的有效手段，其中S型（Step-scheme）异质结通过内置电场驱动无效载流子复合，同时保留高活性电子与空穴，在提升电荷分离效率的同时维持强氧化还原能力，已成为当前研究热点。然而，传统S型异质结中半导体直接接触常伴随界面缺陷与能带失配，导致电荷转移路径不畅、传导效率低下，严重制约光催化性能。因此，引入一种高效、定向的 “电荷桥” 以优化界面传输动力学，成为该领域亟待突破的关键问题。
针对S型异质结中电荷转移慢、复合率高的核心挑战，提出“MXene电荷桥”策略；利用具有金属级导电性的V2C MXene构筑电子快速通道，重构界面电荷传输路径；在维持强还原能力的基础上，实现载流子的高速迁移与分离，大幅提升光催化制氢效率；结合理论与原位实验，明确揭示了MXene介导的电荷转移机制；为多元异质结光催化剂的精密界面设计提供了可推广的新范式。
V2C MXene桥接的高速载流子传输路径及三元CN/V2C/ZIS异质结的成功构筑。
Fig. 1 载流子迁移路径示意图和形貌表征
V2C MXene与g-C3N4/ZnIn2S4异质结的强界面耦合作用及能带结构确定。
Fig. 2 结构、组成和能带表征
V2C MXene的桥接显著增强g-C3N4/ZnIn2S4异质结的载流子分离能力，赋予CN/V2C/ZIS高达21.92 mmol g-1 h-1的光解水制氢速率。
Fig. 3 光解水制氢性能、光吸收能力和载流子分离转移表征
DFT计算和原位表征证实CN/V2C/ZIS的载流子转移机制与光解水制氢机理。
Fig. 4 催化机理研究
飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）证实CN/V2C/ZIS的界面电子转移速率高达1.07×109 s-1。
Fig. 5 载流子传输动力学
该研究通过巧妙的 “MXene电荷桥 + S型异质结” 协同设计，成功攻克了传统S型体系电荷转移动力不足的核心难题。V2C MXene凭借其优异导电性与界面调控能力，不仅打造了高效的电子传输路径，还同步增强了光吸收与表面亲水性，最终实现了光催化制氢性能的显著提升与长效稳定。该“电荷桥”策略具备良好的普适性与可拓展性，未来可广泛应用于CO2还原、污染物降解等多种光催化体系，为推动光催化技术向高效、稳定、实用化发展提供了重要理论与实验依据。
期刊：Applied Catalysis B: Environment and Energy
标题：Engineering MXenes charge bridge enables fast carrier transport in S-scheme heterojunctions for enhanced photocatalytic H2 production
作者：Jipeng Fan, Changhui Song, Yueting Zhang, Haitao Wang*, Jing Zou*
单位：武汉工程大学化学与环境工程学院
DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.126268
凡纪鹏，武汉工程大学邹菁/王海涛团队25级博士研究生，主要研究方向为新型二维材料的构筑及其光催化分解水制氢，二氧化碳还原等方面的应用，以第一/通讯作者在Materials Today，Applied Catalysis B: Environment and Energy，Journal of Materials Chemistry A，SCIENCE CHINA Technological Sciences等国内外权威期刊发表SCI论文7篇。
王海涛，博士，副教授，硕士生导师，新型催化材料湖北省工程研究中心副主任，湖北省第三/第六批中小微企业科技副总，全球前2%顶尖科学家榜单入选者。博士毕业于华中科技大学化学与化工学院。担任Carbon Letters副主编，Advanced Powder Materials、Chinese Chemical Letters、EcoEnergy、Carbon Neutralization等国内外知名期刊青年编委。长期致力于新型二维材料在能源光/电催化领域的开拓性研究，聚焦光/电催化分解水制氢、燃料电池及金属空气电池氧电催化等前沿方向。先后主持参与科技部重大研发计划、国家自然科学基金、湖北省重点研发计划、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅科学研究计划等多项国家及省部级科研项目。以第一/通讯作者在Materials Today、Advanced Functional Materials、Applied Catalysis B: Environment and Energy、Coordination Chemistry Reviews、Small、Nano Research等国际权威期刊发表SCI论文51篇，其中ESI高被引/热点论文9篇，总被引4300余次，h因子35（Google Scholar）。授权国家发明专利11项，获湖北省科技进步三等奖1项。培养硕士生多次荣获“研究生国家奖学金”、“优秀毕业研究生”、“优秀硕士学位论文”等荣誉。
邹菁，二级教授，博士生导师，武汉工程大学学科带头人，“催化与固废协同创新团队”负责人，“新型催化材料湖北省工程研究中心”主任，中国石油和化学工业联合会高端专用化学品专业委员会委员，中国化工学会微波能化工应用专业委员会委员，北京埃尔维质量认证中心技术专家，“国家药品监督管理局药物制剂质量研究与控制重点实验室”学术委员会委员，“半导体电子特种气体湖北省工程研究中心”技术负责人。两次获批“湖北省专家院士企业行”人选，全国石油和化工优秀科技工作者。曾任武汉工程大学学报执行主编等职务。主要研究方向为纳米光电催化新材料的设计、制备及应用；磷石膏固废综合利用。先后主持国家自然科学基金面上项目、国家科技部重点研发计划子项目、国家工业和信息化部高质量发展专项子项目、中央引导地方科技发展专项资金项目、湖北省重大科技创新项目和湖北省自然科学基金项目等20余项纵向项目，获省部级科技成果奖10余项，在国内外权威学术期刊上发表了100余篇论文 。
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