沒有批判的科研氛圍，就沒有孕育健全學術的土壤，納米人原道專欄的初衷是讓論文回歸科研的本質，帶著論點是否清晰，論據是否可靠的有色眼鏡去學習和審閱論文。終于，納米人原道專欄又和大家見面了。
原道專欄：第20期
原著丨陳閃山（南開大學，信州大學）；
通訊：堂免 一成 (東京大學，信州大學)
撰文丨Ceria
期刊鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.1c03555
現階段，光催化全分解水研究中最高的太陽能-氫能（STH）的轉換效率主要是通過構筑Z-scheme來實現的。其中，產氫催化劑（HEP）的低性能被認為是限制該體系活性的關鍵因素之一。所以，開發具有高吸光度、長波長吸收帶寬、以及高電荷分離和催化轉化效率的HEP成為研究的重點。值得注意的是，在Z-scheme的sheet體系中，為了實現Z型電荷傳輸，HEP半導體的類型更偏向于p型半導體。因此，HEP材料的諸多要求（p型半導體、窄帶隙、高效電荷分離等）限制了該材料的多樣性(Figure 1)。
Figure 1. 產氫催化劑(HEP)被認為是限制該體系活性的重要因素。
現如今，一系列可見光半導體材料，如摻雜氧化物、氮(氧)化物、硫(氧)化物等被廣泛用于全分解水體系的開發，實現了優異的光催化性能。金屬硒化物作為一類窄帶隙半導體材料，由于光催化過程中易光腐蝕(光生空穴氧化自身)問題而一直未有光催化全分解水的應用報道。考慮到該類材料已在光伏和光電器件中取得了很高的轉化效率，說明其為一類優異的光電材料?；诖耍陙砣毡綤azunari Domen教授課題組的陳閃山（現南開大學）等把目光投向金屬硒化物材料 [(ZnSe)x(CuGa2.5Se4.25)1-x)] (記為ZCGSe)。該固溶體具有高吸光度和窄帶隙(吸收帶邊在480–750 nm范圍內可調)等優點(Figure 2)。更重要的是，隨著固溶比例x的減少，該材料的半導體類型由n型轉向p型。正是以上特性，使得該材料成為Z-scheme分解水體系中HEP的潛在材料。
Figure 2.ZCGSe化合物的材料物性。
于是， 2019年有了第一篇，也是首次利用ZCGSe進行光催化Z-scheme全分解水的報道，實現了該類材料在粉末光催化全分解水制氫領域中0的突破（J. Mater. Chem. A 2019, 7, 7415.https://doi.org/10.1039/C9TA00768G）。該研究的意義在于，確定了金屬硒化物粉末材料作為HEP可行性、克服了光催化過程中硒化物光腐蝕問題，實現了全分解水制氫過程，打開了金屬硒化物在光催化全分解水應用領域的大門。隨后，該團隊又嘗試較為廉價的Reduced Graphene Oxide來替換貴金屬Au來充當電子傳輸媒介，同樣實現了可見光驅動下的光催化全分解水過程（Chin. J. Catal. 2019, 40, 1668. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(19)63326-7），豐富了金屬硒化物基光催化全分解水體系。
既然ZCGSe已經證明了作為Z-scheme中HEP的可行性，那么其產氫的潛力究竟有多大呢？Flux法是合成單晶粉末較為理想的方法，通過該方法合成的SrTiO3:Al粉末已經觸碰了量子效率的天花板(100%，點擊閱讀：Nature：量子效率接近100%，光催化全分解水制氫里程碑突破！)。2020年的11月，該團隊利用Flux法合成了具有高結晶性的ZCGSe粉末，發展了Ni-Ru復合產氫助催化劑，實現了可見光（?＞420 nm）照射下2390 ?mol/h的光催化產氫活性，在420 nm單色光下取得了13.7%的表觀量子效率(Chem. Sci. 2020, 11, 6436.https://doi.org/10.1039/D0SC01167C)。這是700 nm級光催化產氫材料的最高紀錄，進一步體現金屬硒化物作為未來高效光催化全分解水候選材料的巨大潛力。
在探究了ZCGSe作為HEP材料潛力之后，怎樣在Z-scheme中獲得同等的全分解水活性便成為研究的重點(也是難點)。這里，著重介紹下該系列工作中最新發表在JACS(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c03555)上的結果(Figure 3)。
Figure 3. 該論文的Table of Contents (TOC)。
該工作采用前面段落中介紹的Flux法合成的高結晶性的ZCGSe樣品，進一步采用CdS和TiO2表界面改性的手段實現了光催化全分解水制氫的表觀量子效率(420 nm處)從2019年的0.54%提高到現在的1.5%。具體通過構筑CdS?ZCGSe異質結構顯著改善了ZCGSe上的電荷分離效率，TiO2層的引入一方面在穩定CdS的同時還進一步抑制了反應過程中氫氧復合的逆反應的進行，從而最終實現了光催化全分解水效率的顯著提高。值得一提的是，在該文章中，除了對材料進行了較為詳細的解析外，還利用超快光譜研究了激發電子和空穴的動力學行為，也為材料體系性能的提升和高效光催化全分解水體系的設計和構筑提供了理論支持。對此感興趣的讀者可閱讀全文以及Akira Yamakata教授和Kazunari Domen教授合著的相關論文。
寫在文章最后：
從0到1，再從1到N的系列研究，需要科研工作者們持之以恒的付出和與浮躁抗爭的勇氣。雖然很難判定【某領域深耕的默默無聞】和【處處投機的論文高產】，究竟哪種是研究者應該有的模式，但是納米人原道專欄還是致力于推送這些從0到1，以及1到N的系列研究。
南開大學陳閃山課題組
長期招收碩士/博士/博士后
課題組長簡介
陳閃山，南開大學特聘研究員，博士生導師。2015年博士畢業于中國科學院大連化學物理研究所，師從李燦院士和章福祥研究員。隨后在日本東京大學和信州大學進行博士后研究工作，師從國際著名的光催化分解水制氫專家Kazunari Domen教授，并在日本新能源產業技術綜合開發機構支持的人工光合成核心項目(ARPChem)中擔任特任研究員。2021年初入職南開大學材料科學與工程學院(所屬材料學科入選首批“雙一流”建設學科)，主要從事光催化全分解水制氫相關方面的研究。近年來，發表SCI論文30余篇，其中第一作者或通訊作者在Nat. Rev. Mater., Joule, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed. (2篇), Chem. Sci., J. Mater. Chem. A (2篇)等期刊上發表SCI論文13篇，全部隸屬于JCR一區期刊。授權國家發明專利3項。擔任Frontiers in Nanotechnology，Chinese Chemical Letters期刊編委，多次受邀參加國內外學術會議和擔任業內專業期刊通訊評審人。
研究方向
本課題組以太陽能-化學能轉化為研究中心，具體包括窄帶隙半導體光催化材料的開發、高效人工光合成材料體系的構筑以及光催化過程中載流子動力學研究。相關論文發表請參考：
https://mse.nankai.edu.cn/css/list.htm
https://orcid.org/0000-0002-1801-8466
招生/招聘說明
本課題組科研氛圍濃厚，研究經費充足，現根據科研工作需要，面向海內外，招收多名碩士、博士和博士后。歡迎具有材料、光(電)催化、光譜、理論計算背景的學者加盟，攜手合作，共同發展！本課題組將按照南開大學相關規定提供有競爭力的生活補助及科研獎勵，表現優秀者將有機會被推薦到國內外一流高校或研究機構深造或留校工作。有意者請將個人簡歷和情況介紹發送至sschen@nankai.edu.cn。
2022級碩士研究生
碩士研究生招生由南開大學材料科學與工程學院統一安排，包括全國統考和免試推薦
https://mse.nankai.edu.cn/2020/0902/c9297a294148/page.htm
2022級博士研究生
博士研究生招生信息請參見南開大學材料科學與工程學院2021年博士“申請考核制”實施細則，有意申請的同學請盡快聯系和確認。
https://mse.nankai.edu.cn/2020/1008/c9297a306735/page.htm
博士后崗位薪資待遇
1. 博士后聘任人員年薪稅前不低于20萬元，優秀者可達30萬元。支持申報國家“博新計劃”和博士后基金/青年基金。入選博新計劃者，兼得國家和學校支持，最高可享年薪共計50萬元人民幣（稅前）。
2. 對于海外畢業博士，可以申請“博士后國際交流計劃引進項目”，入選者每年將獲得國家及天津市資助各10萬元，資助期為2年，并累加到工資中，即每年薪酬至少40萬元。
3. 額外的課題組年終獎勵和補助。
4. 子女入學（小學）、入托等享受學校事業編制教師待遇。與學校事業編制的老師一樣，每年有學校安排的體檢和各項福利。津南校區刷卡還可享受每天50元，一年共計約1.8萬元的額外補貼。
5. 博士后聘期結束后工作業績突出者可通過崗位評審程序聘為南開大學教師。
詳情請參見南開大學人事處網站上的信息：
https://rsc.nankai.edu.cn/2020/1216/c13685a327107/page.htm
https://rsc.nankai.edu.cn/2020/0615/c13662a278312/page.htm
