光驱动光催化将生物质衍生底物转化为高附加值化学品并同步产氢（H₂），为太阳能利用与可持续化学品生产提供了新路径，但现有双功能体系在效率与选择性方面仍面临挑战。

2025年9月11日，淮北师范大学孟苏刚，中国科学院城市环境研究所翁波，西班牙格拉纳达大学Mario J. Muñoz-Batista在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Tailoring Redox Active Sites with Dual-Interfacial Electric Fields for Concurrent Photocatalytic Biomass Valorization and H₂ Production》的研究论文，Shiqing Li为论文第一作者，孟苏刚、翁波、Mario J. Muñoz-Batista为论文共同通讯作者。

在本文中，作者合理构筑分级Au/Zn₃In₂S₆/Co₃O₄（Au/ZIS/Co₃O₄）光催化剂，用于5-羟甲基糠醛（HMF）选择性脱氢制2, 5-二甲酰基呋喃（DFF）并同步产氢。

Au/ZIS与ZIS/Co₃O₄双界面电场诱导光生电子与空穴分别定向迁移至Au和Co₃O₄产，实现空间分离。Au/ZIS/Co₃O₄产氢速率达2012.4 µmol g^-1 h^-1，DFF收率67.2%，循环性能优异，是空白Zn₃In₂S₆（260.4 µmol g^-1 h^-1）的7.7倍，为同期HMF增值-产氢文献最高值。

此外，首次通过求解管式光反应器辐射传输方程定量评估体系本征量子效率。

本工作提出可推广的氧化还原位点分离光催化剂工程策略，为生物质高值化与太阳能制氢提供设计新思路。

图1：（a）HMF的静电势（ESP）分布；（b）ZIS吸附HMF与（c）Co₃O₄吸附HMF的电荷密度差侧视图（等值面1.4×10^-3 e Å^-3，黄色为电荷积累，青色为电荷耗尽）；（d）ZIS及（e）Co₃O₄表面HMF吸附的二维差分电荷密度图；（f）ZIS、Au与Au/ZIS上析氢自由能；（g）ZIS、Au、Co₃O₄接触前后能级排布、光生电荷传输路径及可见光下双功能光氧化还原反应示意图。

图2：（a）Au/ZIS/Co₃O₄光催化剂合成示意图；（b）ZIS、（c）Au/ZIS与（d）Au/ZIS/Co₃O₄的SEM图像；（e）TEM、（f）放大TEM、（g）HRTEM及（h）EDX元素分布图（Au/ZIS/Co₃O₄）。

图3：（a）可见光下ZIS、1%Au/ZIS及1%Au/ZIS/x%Co₃O₄同步产H₂与选择性氧化HMF制DFF的性能；（b）对应DFF产率；（c）1%Au/ZIS/1%Co₃O₄在不同入射光下的H₂产率；（d）Au/ZIS/Co₃O₄的局部体积光子吸收速率（LVRPA，A、B、C为不同侧视）；（e）迄今报道的各光催化剂在HMF耦合产H₂体系中的产率对比。

图4： （a）ZIS、Au/ZIS与Au/ZIS/Co₃O₄的UV–vis DRS光谱及对应带隙能量（插图）；（b）三者的电子能带结构示意图；（c）由开路电位衰减得出的电子寿命；（d）阴极LSV曲线及（e）对应Tafel斜率；（f）阳极LSV曲线及（g）Tafel斜率；（h）ZIS、Au/ZIS与Au/ZIS/Co₃O₄的表面光电压（SPV）。

图5：（a、d、g）400 nm激发下ZIS、Au/ZIS与Au/ZIS/Co₃O₄的瞬态吸收伪彩图；（b、e、h）对应TA光谱；（c、f、i）三者在470 nm处的归一化瞬态吸收动力学曲线。

图6：（a）In 3d、（b）S 2p、（c）Au 4f、（d）Co 2p在可见光照射下的原位XPS光谱；（e）TEMPO-e^⁻、（f）TEMPO-h⁺在Au/ZIS/Co₃O₄中的EPR信号随光照时间变化；（g）Au/ZIS/Co₃O₄悬浮液在HMF溶液中光照/不光照的DMPO捕获EPR谱；（h）HMF在Au/ZIS/Co₃O₄表面吸附的原位DRIFTS光谱。

综上，作者构建了一种Au/Zn₃In₂S₆/Co₃O₄三元分层光催化剂，利用双界面电场实现光生电荷空间分离，同步驱动生物质HMF选择性氧化制DFF与高效产氢，产氢速率达2012.4 μmol g^-1 h^-1，为当前最高值。

该策略突破传统牺牲剂依赖，提供绿色、高选择性太阳能-化学能转化新范式，对生物质高值化与绿氢联产技术具有重要借鉴和应用前景。

Tailoring Redox Active Sites with Dual-Interfacial Electric Fields for Concurrent Photocatalytic Biomass Valorization and H₂ Production. Adv. Funct. Mater., 2025.  https://doi.org/10.1002/adfm.202513682.