2023年11月27日，材料与化学领域国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society(JACS,SCI一区，IF=15)在线发表了我院鞠林博士课题组与昆士兰科技大学寇良志副教授、温州大学谭歆教授和山东大学马衍东教授合作的关于光-电催化的重大研究成果“ControllableElectrocatalytic to Photocatalytic Conversion in Ferroelectric Heterostructures”(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c10271)。
利用光催化和电催化反应生产高附加值的化工原料是解决能源危机和环境污染的一条希望之路。光催化是由光生载流子驱动，依赖于半导体催化剂，而电催化则由外部电流驱动，主要基于具有高电导性的金属催化剂。两种反应机制存在明显差异，它们之间的转换至今仍未被探究。本工作中，鞠林博士课题组通过第一性原理计算，证明了铁电异质结Mo-BN@In2Se3和WSe2@In2Se3可以根据铁电基底In2Se3单层中极化方向，展示出半导体或金属特性，这是由该类异质结界面处内置电场和电子转移的差异导致的。该工作以氮还原反应(NRR)和析氢反应(HER)为例，金属相异质结可作为这些反应的优异的电催化剂，而半导体相异质结可作为相应的光催化剂，并且具有增强的光吸收和分离光生载流子的能力，以及低的吉布斯自由能垒。这些发现不仅将电学相变的物理现象与化学反应联系起来，也提供了一种崭新可行的方法显著提高催化效率。该工作得到了我院高雪莹、张懿欣和陈梦雅等同学的协助，以及河南省高校科技创新人才项目(24HASTIT013)、河南省青年科学家项目(225200810103)、河南省自然科学基金（232300420128）、河南省高等学校重点科研项目(24A430002)和威廉希尔中文官方网站科研创新团队项目(2023AYSYKYCXTD04)的支持。
近年来，鞠林博士团队一直致力于开发二维极性半导体光电催化剂，以及通过极性调控对其光电催化性能进行改进等方面的研究，相继报道了铁电AgBiP2Se6单层光解水催化剂(J.Am.Chem.Soc.2020,142,1492；SCI一区，IF=15.419）；TM@α-In2Se3铁电单原子CO2还原电催化剂(Nat.Commun.2021,12,5128；SCI一区期刊，影响因子为17.694)；Janus WSSe单层(ACS Appl.Mater.Interfaces 2020,12,29335；SCI一区，IF=9.229)，异质结(Appl.Surf.Sci.2022,574,151692,SCI一区，IF=7.329)，及单壁纳米管光解水催化剂(J.Energ.Chem.,2021,61,228；SCI一区，IF=13.599)等。上述理论研究揭示了极性调控对光电催化性质的重要性，为将来通过极性调控改善二维极性材料的光电催化性能提供了理论指引，将加速极性材料在光电催化领域的大规模应用，为国家实现可持续发展做出贡献。
