光催化制氢是符合国家能源与环境战略计划的新兴产业，短寿命以及缺乏光能高效利用反应器仍是阻碍其产业化应用的瓶颈。本项目拟基于高效光制氢催化材料及器件协同研发，开发出高效、稳定的光制氢器件。
基于异质结界面和缺陷设计，开发新型、高效的光制氢粉体催化材料（图1）：（a）从小分子直接制备高质量二维碳材料，通过化学修饰法从原子级别调整其电子和能带结构。通过金属/半导体界面莫特-肖特基效应来调整纳米粒子的电子分布状态及最终催化活性，制备碳基聚合物半导体/金属新型复合光催化制氢材料；（b）通过在金属氧化物中构筑富电子缺陷，能够有效地调节材料的结构和光电性质，进而优化光催化性能。在金属氧化物中构筑高稳定性、高含量且属性（种类、数量和分布）可调控的富电子缺陷，以突破性地提高光催化制氢活性。
图1：基于异质结界面和缺陷设计，开发新型、高效的光制氢粉体催化材料。
设计新型的反应器有效的缩短光程，减少溶液对入射光能的吸收（图2）。通过多次反射充分利用反应体系光能，在高效光制氢催化剂电极基础上进一步提高产氢效率。构建转盘液膜光催化产氢体系，以实际废水中的有机污染物作为电子供体，实现光催化制氢、产电及污水处理的三重利用，将光利用效能最大化。
图2：设计新型的反应器有效的缩短光程，减少溶液对入射光能的吸收
