1.光子晶体-等离子体协同驱动的高效上转换用于高效近红外光催化

紫外/可见光有限的穿透深度以及上转换纳米颗粒（UCNPs）较低的量子产率，制约了其在近红外（NIR）驱动光催化中的实际应用。为解决这一问题，实验室刘云新教授团队与湖南大学程栋副教授团队合作研究提出一种将等离子体、上转换与光催化组分整合为复合结构（SiO₂ 球阵列@Au 薄膜@UCNPs）的合理设计。等离子体SiO₂–Au 界面可将激发场集中在纳米尺度间隙中，实现与UCNPs 的最佳光谱耦合，从而抑制辐射损耗并使荧光强度增强10.4 倍。增强的发射可有效激发邻近的Au 薄膜，产生驱动亚甲基蓝降解的热载流子。机理研究表明，等离子体增强发光、局域热活化与自由基（–OH/O₂⁻）生成三者协同作用，支撑了优异的光催化性能。对光学与能量传递特性的理论建模进一步验证了上述机理。本工作展示了在980 nm 近红外光下的高效光催化，在染料快速降解及推动环境与水安全应用方面展现出良好潜力。该研究成果发表在J. Mater. Chem. C, 2026,14, 1210-1219上。

2.二维金属有机框架上氮还原的高通量筛选与研究：第一性原理计算

开发高效的氮还原反应（NRR）催化剂仍是一项挑战。二维金属有机框架（MOFs）因其大孔结构和高金属利用率而备受关注。基于第一性原理高通量计算，实验室许英教授等人研究了MOF催化剂TM₃(HITP)₂对NRR的催化能力。计算结果表明，在29种催化结构中，Mo₃(HITP)₂和Os₃(HITP)₂对NRR表现出优异的活性，过电位分别为0.39 V和0.43 V。钼的空4d轨道尤其接近氮的反键2p轨道，从而实现了更好的氮活化和更低的过电位。此外，本研究建立了一个与电荷变化、金属及配位原子电负性相关的描述符，该描述符与NRR的极限电位具有良好的火山图关系，为催化剂筛选提供了思路。此项研究为基于MOF的NRR催化剂筛选提供了有价值的见解。该研究成果发表在Appl. Phys. Lett.126, 033901 (2025)上。

3. 二维铁电Cs₂PbI₂Cl₂/Sc₂CO₂ 异质结构中光电转换效率的工程调控

铁电半导体的特性，特别是其非易失性存储能力，引起了广泛的研究关注。与此同时，二维铁电材料在太阳能电池（如体光伏效应）中的特性研究已成为关键课题。实验室赵宇清博士和聂国政博士等人提出了Cs₂PbI₂Cl₂/Sc₂CO₂-UP（CSUP）和Cs₂PbI₂Cl₂/Sc₂CO₂-DOWN（CSDN）两种异质结构，通过第一性原理方法系统探究它们的光电性能。研究结果表明，这两种异质结构在紫外区域可能同时具有高激子结合能和强光学吸收系数，其中CSDN还表现出优异的载流子迁移率。此外，我们通过电场和应力调控进一步探索了它们的特性。结果显示，在电场调控下，CSUP的能带对齐方式可从Ⅱ型转变为Ⅰ型，这可能显著提升实际太阳能电池的功率转换效率。同时，两种结构在逻辑器件应用中均展现出良好潜力。这些发现表明，通过对光电特性的精细调控，Cs₂PbI₂Cl₂/Sc₂CO₂材料体系在紫外光电探测器、太阳能电池和逻辑器件等多功能器件领域具有巨大的应用前景。该研究成果发表在Appl. Phys. Lett.124, 252903 (2024)上。