北京时间2025年2月25日18:00，国际权威学术期刊《自然》旗舰大子刊Nature Catalysis发表了雷竞技官网化学与医药工程学院王君博士的最新研究成果“Metal vacancies in semiconductor oxides enhance hole mobility for efficient photoelectrochemical water splitting”。雷竞技官网化学与医药工程学院王君博士为论文的第一作者、廖婉茹博士为共同第一作者，中南大学刘敏教授和德国慕尼黑大学Emiliano Cortés教授为论文的通讯作者。《Nature Catalysis》主要刊登化学、催化等领域创新性极强的研究性文章，是Nature旗下著名的顶级刊物之一，被Nature Index收录，最新影响因子为42.8。

光电化学（PEC）水分解技术被誉为“太阳能制氢的终极方案”。与传统电解水制氢依赖电网电力不同，PEC系统直接利用太阳光驱动水分解反应，将间歇性太阳能转化为可储存的氢能，兼具环保性、灵活性与资源普适性。然而光生空穴在价带中受到原子核的强束缚力，其本征迁移率远低于电子，这种空穴-电子迁移率失配导致光生载流子的快速复合，严重限制了PEC水分解制氢性能。

鉴于此，雷竞技官网王君博士、廖婉茹博士与中南大学刘敏教授、德国慕尼黑大学Emiliano Cortés教授等合作，开发了一种具有普适性的金属空位工程策略，通过在过渡金属氧化物半导体（WO₃、TiO₂、Bi₂O₃）中构筑金属空位，调节半导体价带谱结构，降低空穴有效质量以改善本征空穴迁移率。SCLC与Hall效应测试协同证明了金属空位对空穴迁移率的强化作用，V_w-WO₃、V_Ti-TiO₂、V_Bi-Bi₂O₃的空穴迁移率分别提升4.3、3.5及2.7倍，光生载流子的分离效率＞90%，光电流密度达到4.8 mA cm^-2，实现了120h的高效、稳定PEC水分解制氢。

电子－空穴对的高效分离是光驱动化学反应（如水分解、CO₂还原、氮还原等）实现高选择性与能量效率的关键前提。本研究提出“金属空位调控空穴迁移率”策略，通过原子尺度缺陷重塑载流子传输动力学，有望为下一代光电器件及高效能源转换装置的设计提供普适性解决方案。

论文信息：Wang, J., Liu, K., Liao, W. et al. Metal vacancies in semiconductor oxides enhance hole mobility for efficient photoelectrochemical water splitting. Nat. Catal. (2025).

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41929-025-01300-1

（文、图/王君 一审/叶正芳 二审/胡林 三审/邱国良）