近期，应用化学教研室吴新鹤副教授团队在S型异质结光催化剂的设计、构建及应用领域取得系列重要进展，其成果相继发表于Advanced Materials、Chemical Society Reviews及Chinese Journal of Catalysis等材料化学领域权威期刊。
9月，Advanced Materials（《先进材料》）在线发表该团队最新综述成果，论文题为“COF-based S-scheme heterojunction photocatalyst”（《COF基S型异质结光催化剂》）。吴新鹤副教授为论文第一作者，威廉williamhill王国宏教授为论文共同作者，中国地质大学（武汉）朱必成教授和加拿大多伦多大学余维来教授为论文通讯作者，威廉williamhill为论文第一通讯单位。Advanced Materials是Wiely出版社旗下材料科学领域顶尖期刊、中科院SCI材料科学大类一区TOP期刊、自然指数期刊，最新影响因子为26.8。
半导体光催化技术为将太阳能转化为可储存燃料、应对全球能源与环境挑战提供了极具前景的解决方案。然而，其效率常受电子-空穴快速复合的制约。共价有机框架材料（COFs）——一类结晶多孔有机聚合物——凭借其精准调控的结构和独特的理化特性，在光催化领域展现出巨大潜力，但其性能仍受限于固有电荷复合现象。为突破这一瓶颈，构建S型异质结被提出作为有效策略，既能增强电荷分离效率，又可保持优异的氧化还原能力。该文章首先系统阐述S型异质结的发展历程及其科学价值，继而系统总结COFs的设计原理与合成策略，深入探讨基于COFs的S型异质结制备方法及机理。此外，重点介绍了能精准解析异质结构中电荷迁移路径的先进表征技术。综述还全面梳理了基于COFs的S型光催化剂在氢能制备、二氧化碳还原、环境修复、过氧化氢生产等领域的最新应用。最后，讨论了当前的挑战和未来的展望，以激励在高性能S型光催化系统开发方面的持续创新。
S型异质结中的电荷转移过程示意图：a) 接触前，b) 接触后，c) 光照射下
5月，化学领域顶级综述期刊Chemical Society Reviews（《化学学会评论》）在线发表该团队成果，论文题为“Cu-based S-scheme photocatalysts”（《Cu基S型光催化剂》）。吴新鹤副教授为论文第一通讯作者，瓦伦西亚理工大学Hermenegildo García教授、中国地质大学余家国教授为论文共同通讯作者。Chemical Society Reviews是英国皇家化学学会出版的化学类国际学术期刊、中科院SCI化学大类一区TOP期刊、自然指数期刊，最新影响因子为39。
Cu基化合物作为一类多功能的催化材料，因其具有窄带隙、高吸光系数和适宜的能带位置等优势，成为构建高性能S型异质结的理想材料之一。该文章系统梳理了Cu基S型异质结的研究进展，着重探讨其在可持续能源转化、环境治理等目标应用领域的巨大潜力。文章首先概述了S型异质结中电荷分离与迁移的基本原理、设计原则及验证方法，进而按照材料组成分类，详细阐述了各类Cu基光催化材料及其在S型异质结中的构建策略，特别讨论了S型电荷转移路径对提升特定体系催化活性的作用机理。最后，结合当前研究存在的不足，提出了未来展望，以推动新型高效Cu基S型光催化剂的开发及其反应机制的深入研究。
a) XPS工作原理和 b)原位XPS测试原理示意图
8月，Chinese Journal of Catalysis（《中国催化学报》）在线发表该团队研究成果，论文题为“Na2CO3-assisted synthesis of Na-doped crystalline/amorphous g-C3N4 S-scheme homojunction photocatalyst for enhanced H2O2 production”（《Na2CO3辅助合成钠掺杂结晶/非晶g-C3N4 S型同质结光催化剂用于增强H2O2合成》）。我院2023级硕士研究生谭丽红为论文第一作者，吴新鹤副教授为论文的第一通讯作者，中国地质大学（武汉）Mahmoud Sayed、威廉williamhill王国宏教授为共同通讯作者，威廉williamhill为论文第一通讯单位。Chinese Journal of Catalysis是由中国科学院大连化学物理研究所主办的国内催化领域顶尖期刊，中科院SCI化学大类一区TOP期刊，最新影响因子为17.7。
该研究基于一种创新的Na2CO3诱导结晶调控策略，成功实现钠掺杂结晶/非晶g-C3N4 S型同质结光催化剂的一步制备。采用该方法所合成的光催化剂在过氧化氢合成中表现出优异的催化性能，最优生成速率达444.6 μmol·L-1·h-1，是传统g-C3N4材料的6.1倍。通过多种材料表征手段与理论计算分析表明，S型同质结结构有效促进了光生电荷的空间分离与传输效率；同时，钠离子掺杂优化了O2吸附与*OOH等关键反应中间体的转化路径，显著提升了H2O2的界面生成动力学。二者的协同作用推动了该催化剂性能的显著增强。本研究为开发高性能光催化剂提供了新思路，在太阳能燃料合成及光催化应用领域展现出广阔前景。
钠掺杂结晶/非晶g-C3N4光催化剂产H2O2活性增强机理图
以上工作得到国家自然科学基金青年项目(22302061)和面上项目（22578106)等项目的资助。
论文信息：
1. COF-Based S-Scheme Heterojunction Photocatalyst
Xinhe Wu, Mahmoud Sayed, Guohong Wang, Weilai Yu*, Bicheng Zhu*
Advanced Materials, 2025, e11322
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202511322
2. Cu-based S-scheme photocatalysts
Mahmoud Sayed, Kezhen Qi, Xinhe Wu*, Liuyang Zhang, Hermenegildo Garcı´*, Jiaguo Yu*
Chemical Society Reviews, 2025, 54, 4874-4921
论文链接：https://doi.org/10.1039/D4CS01091D
3. Na2CO3-assisted synthesis of Na-doped crystalline/amorphous g-C3N4 S-scheme homojunction photocatalyst for enhanced H2O2 production
Lihong Tan, Xinhe Wu*, Jiachao Xu, Mahmoud Sayed*, Guohong Wang*
Chinese Journal of Catalysis, 2025, 79, 174-185
论文链接：https://doi.org/10.1016/S1872-2067(25)64849-2
