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。
图1. 废水用于光催化制氢的示意图
近日，太原理工大学化学与化工学院张献明教授团队在国际知名期刊Advanced Functional Materials 发表研究成果，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。
图2. 一体化催化体系增强机制解析
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，研究团队设计了光热诱导水相调控催化体系。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。生成的蒸汽水分子可快速吸附至催化剂表面并发生分解反应生成氢气。
图3. 一体化催化体系室外光照催化性能
小结
该催化体系创新性地集成了水相调控诱导的流体传输、光热能量转换与光催化反应三大核心过程：在有效隔绝废水有害成分对催化活性位点干扰的同时，实现了 82.68% 的高太阳能-蒸汽转换效率。更重要的是，在室外自然光照条件下，该颗粒型光催化体系无需额外能源或设备辅助，即可实现 51.33 mmol m-2 h-1的优异产氢速率，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。
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Photothermal Effect Induced Water/Catalysts Interface Regulation for Enhanced Hydrogen Production from Wastewater
Shaohui Guo, Jing Cui, Zhuxia Zhang, Jing Wen, Xuchuan Cao, Xiaochuan Duan, Xian-Ming Zhang
Adv. Funct. Mater., 2025, DOI: 10.1002/adfm.202514306
