文章核心观点 - 中国科学院金属研究所通过“晶格工程”策略对聚合物半导体材料聚三嗪酰亚胺进行钙掺杂，成功降低了其内部光生电荷的束缚力，实现了电荷的有效分离与定向传输，从而将光解纯水制氢的初始活性提高了3.4倍，为低成本规模化太阳能制氢提供了新路径[1][4][5] 技术突破与原理 - 研究针对的PTI材料是一种以碳、氮为主要成分的聚合物半导体，具有成本低、环境友好、结构适合光催化等优点，但在光照下产生的电子和空穴极易结合形成“激子”并消失，导致实际制氢效率不高[4] - 科研人员采用“晶格工程”策略，将材料生长环境中的氯化锂/氯化钾混合熔盐更换为氯化锂/氯化钙混合熔盐，使PTI在生长过程中引入钙元素，最终制备出钙掺杂的PTI六棱纳米盘[4] - “补钙”后新材料中电子与空穴的结合能从原来的48.2 meV大幅降至15.4 meV，该值已低于室温下的热扰动能，使得激子可以自动解离形成自由移动的电荷[5] - 解离后的电子和空穴能够沿着不同路径移动，实现了制氢与制氧反应在空间上的分离，有效避免了互相干扰和副反应[5] 性能提升与影响 - 得益于电荷束缚力降低和空间分离的改进，新材料在光解纯水制氢中的初始活性比原来提高了3.4倍[5] - 这项研究不仅为PTI材料的优化提供了新路径，也为其他聚合物半导体在光能转换领域的应用打开了新思路[5]