近日，材料與能源科學技術研究院王冰副教授在材料與能源領域取得重要進展，其作為《Bioinspired Mortise-and-Tenon Stacking Supramolecular Engineering for Efficient Carrier Separation in S-Scheme Heterojunctions》(中文譯名：《S型異質結高效載流子分離：仿生榫卯超分子堆疊策略》)論文第一作者的研究成果發表于中科院一區TOP期刊《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》(該期刊為中科院一區TOP期刊，影響因子18.5)，西京學院為論文第一署名單位，趙玉真教授、苗宗成教授等擔任論文共同通訊作者。該論文聚焦光催化材料領域的關鍵科學挑戰，提出創新解決方案，具有重要科學意義與應用前景。

　　在全球能源危機加劇和環境污染物治理需求日益迫切的背景下，開發高效穩定的光催化材料成為解決能源與環境問題的關鍵科學挑戰。傳統無機半導體如TiO?存在寬帶隙、快速電荷復合及光腐蝕等問題，而有機半導體雖有可調帶隙優勢，但結晶性差和載流子遷移率低等瓶頸制約了其發展。如何通過界面工程實現原子級電荷調控與結構穩定性協同優化，成為光催化領域亟待突破的難題。

　　研究團隊受中國傳統榫卯結構力學互鎖原理啟發，提出仿生榫卯超分子結構設計策略。通過π-π堆疊與動態B-La配位鍵耦合，構建了SubPc-0/La?.??Ag?.??PO?三維梯度超分子網絡。該結構通過拓撲延伸與界面共價錨定，顯著抑制分子鏈間滑動，增強π-軌道耦合，實現載流子高效分離。

　　SubPc-0/La0.01Ag2.99PO4超分子結構合成示意圖

　　在理論計算方面，DFT計算表明B-La鍵合構型形成1.6 ?定向電荷傳輸通道，電子局域函數證實共價鍵特征。TDDFT分析顯示，激發態電子從La 5d軌道向SubPc-0分子轉移，抑制Ag?光腐蝕并增強O?吸附(橋式構型吸附能-1.05 eV)，促進超氧自由基(?O??)生成。

　　SubPc-0/La0.01Ag2.99PO4體系的DFT計算

　　此外，研究還揭示了體相與界面工程協同電荷調控機制。La摻雜誘導Ag?PO?晶格極化，通過各向異性電子離域優化體相電荷傳輸;S型異質結界面耦合形成超快(<10 ps)原子級電荷傳輸通道。飛秒瞬態吸收光譜(fs-TAS)與開爾文探針力顯微鏡(KPFM)證實，界面內建電場驅動電子從La?.??Ag?.??PO?向SubPc-0定向遷移，顯著降低電荷復合率。

　　載流子分離動力學實驗測試

　　本研究基于仿生界面工程策略，構建了具有高效載流子分離能力與寬譜可見光響應的S型異質結光催化體系。其動態B-La鍵合與π-π堆積協同機制顯著提升光生電荷傳輸效率，為光解水體系發展提供了新方案。未來研究將聚焦單原子位點調控與跨尺度載流子動力學優化，有望推動該技術在清潔能源與環境修復領域的規模化應用。

　　王冰，西京學院副教授，工學博士。主要從事光化學/電化學工程、分子設計與太陽能轉換光伏組件、基于理論計算指導材料設計相關研究，包括光催化分解水產氫、光催化水體凈化及單原子催化劑的研發工作。近年來，主持西京學院高層次人才基金等研究課題多項，以第一作者/通訊作者身份在Advanced Functional Materials(IF 18.5)、Applied Catalysis B: Environmental(2篇，IF 20.3)、Chemical Engineering Journal(2篇，IF 13.4)、Small(IF 13)、Journal of Materials Science & Technology(IF 11.2)、Journal of Colloid and Interface Science(IF 9.4)等能源化學、材料科學領域重點期刊發表代表性論文20余篇。曾獲博士/碩士國家獎學金、國家勵志獎學金、西北大學優秀博士畢業論文(推薦陜西省優秀博士畢業論文)等榮譽，其團隊致力于通過理論計算與實驗驗證協同推進高效光催化材料的理性設計。

　　此次研究成果的發表，不僅彰顯了我校在材料與能源領域的研究實力，也為解決全球能源與環境問題提供了新的思路和方法。