2025年度江苏海洋大学光电转换能源材料与器件团队在钙钛矿太阳电池、光电催化能源转化、燃料电池等领域取得系列成果。团队始终致力于前沿光电能源材料的设计、制备与器件应用研究，聚焦储能技术、能源转化、光电催化等领域研究。

1. Applied Surface Science: 通过优化双层NiOx和自组装单分子层实现高效稳定的反式钙钛矿太阳电池

氧化镍作为反式钙钛矿光伏器件中常用的空穴传输层，其制备方法主要包括旋涂、磁控溅射和原子层沉积等。然而，如何实现理想化的空穴传输层/钙钛矿界面仍是当前面临的主要挑战。旋涂氧化镍表面高浓度的Ni3+与丰富的羟基会促进钙钛矿的分解，而磁控溅射氧化镍中Ni3+浓度过低则会影响空穴传输层导电性及空穴提取能力。本研究开发了一种复合空穴传输层，即采用sput-NiOx与spin-NiOx构成的双层NiOx结构。该结构通过建立梯度能带排布，实现了对Ni3+浓度的梯度调控优化，从而提升了空穴传输层的整体导电性。在双层NiOx结构基础上，我们进一步在其表面沉积了自组装单分子层Me-4PACz，形成界面缓冲结构。该结构在物理上阻隔了钙钛矿与NiOx的直接接触，同时在电学上桥接了二者，从而有效抑制了有害的界面副反应。基于这种新型双层NiOx/Me-4PACz复合空穴传输层的宽带隙钙钛矿太阳电池实现了高达24.35%的功率转换效率，并展现出优异的工作稳定性，在最大功率点跟踪测试384小时后仍能保持初始效率的85%。本工作提出了一种新颖的界面工程策略，为开发高效且运行稳定的反式钙钛矿光伏器件开辟了新途径。

相关研究成果在国际著名期刊《Applied Surface Science》（IF：6.9；2025年中科院二区期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165514

2. Chemical Engineering Journal: 基于空气制备钙钛矿太阳电池的PenAAc/5-AVAI辅助结晶动力学调控

在钙钛矿薄膜的两步法制备过程中，有机铵盐与碘化铅之间的反应不足会影响活性层的质量，导致光电转换效率（PCE）较差。本研究引入戊胺乙酸（PenAAc）和5-氨基戊酸碘（5-AVAI）作为两种高效添加剂对碘化铅进行改性，改性后的PbI2薄膜质量显著提高：PenAAc提高了结晶度并增大了碘化铅晶粒尺寸，而5- AVAI 则诱导出均匀平滑的碘化铅薄膜。高质量的PbI2薄膜促进了PbI2和有机盐之间的充分反应，从而形成了具有高结晶度和低缺陷密度的高质量钙钛矿薄膜。一个关键的区别是5-AVAI的大分子结构使得其在退火过程中不能有效扩散，仍保留在PbI2层中，对钙钛矿表面几乎没有影响。然而，在退火过程中，PenAAc分子中解离的CH3COO-基团从PbI2层扩散到钙钛矿表面，与I-和Pb2+形成相互作用，这进一步提高了钙钛矿薄膜的质量，并加快了器件中载流子的提取和传输。因此，添加剂修饰的钙钛矿太阳电池实现了24.50%（5-AVAI）和24.65%（PenAAc）的优异PCE。此外，改性后的器件在湿度、光照和热应力条件下均表现出更强的环境稳定性。

相关研究成果在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：13.2；2025年中科院一区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163006

3. Separation and Purification Technology: 协同作用的水热碳——抗坏血酸分子层，实现Bi2WO6在自然日光下的高效稳定光催化H2O2制备

本文采用花状Bi2WO6材料作为主催化剂，将O2转化为·O2-。然而，由于Bi2WO6表面质子捕获位点不足，·O2-无法通过质子耦合电子转移过程进一步转化为H2O2。为解决这一局限，研究引入碳水化合物衍生的水热碳层与维生素C（VC）分子层协同修饰Bi2WO6。与原始Bi2WO6相比，Bi2WO6/C的H2O2产率显著提升，这归因于-OH基团氧化提供的充足质子供给以及Bi2WO6表面-C=O基团对质子的有效捕获，二者共同促进了·O2-向H2O2的转化。此外，碳层能抑制Bi2WO6催化氧化导致的H2O2分解，从而增强H2O2的积累。同时，VC层修饰通过加速电荷迁移进一步提高了H2O2产率。光催化合成H2O2实验在微弱的自然太阳光照射下进行。凭借碳层与VC层的协同作用，Bi2WO6/C/VC催化剂在多云（27.60~50.27 mW/cm2）和阴天（7.68~14.02 mW/cm2）条件下均表现出优异的H2O2合成性能，产率分别达到139.5μmol/g/h和31.9μmol/g/h，相当于模拟太阳光（~170 mW/cm2）下产率的77.8%和15.7%。此外，Bi2WO6/C/VC展现出强大的循环耐久性，能够实现可持续的长期H2O2生产。

相关研究成果在国际著名期刊《Separation and Purification Technology》（IF：9；2025年中科院二区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.134975

4. Journal of Hazardous Materials: 一种从废弃钙钛矿光催化剂中回收并再利用有毒铅的闭环低成本策略

卤化铅钙钛矿是极具前景的光催化剂，但其铅成分的高毒性导致后处理面临挑战。本文开发了一种离子交换-定向沉淀策略，将铅以PbBr2形式回收并再利用。首先将CsPbBr3钙钛矿基催化剂溶解，生成Cs+、Pb2+和Br-离子；随后利用阳离子交换树脂通过多次吸附循环提取Cs+和Pb2+。采用梯度浓度的HNO3溶液对树脂进行洗脱，以最大程度释放金属离子。释放出的Pb2+通过调节pH定向沉淀为Pb(OH)2，再经HNO3溶液溶解得到纯净的Pb2+溶液。与Br-反应后，Pb2+转化为高纯度的PbBr2，实现了从钙钛矿催化剂中92.06%的铅回收率。更重要的是，回收的PbBr2被成功用于重新合成CsPbBr3基催化剂，形成了一条闭合循环、低成本的毒性铅回收再利用策略。再生的R-CsPbBr3-1和R-CsPbBr3/BiOBr-1催化剂分别实现了32.77和51.65 μmol·g-1·h-1的乙醇产率。经过五次回收再利用循环后，R-CsPbBr3-5和R-CsPbBr3/BiOBr-5的乙醇生成速率仍保持在31.80和45.40 μmol·g-1·h-1，分别为使用商业PbBr2合成催化剂性能的94.56%和83.12%。

相关研究成果在国际著名期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF：11.3；2025年中科院一区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140377

5. Applied Surface Science: 离子掺杂与官能团修饰协同提升g-C3N4在弱自然太阳光照射下的过氧化氢光合成性能

原始石墨相氮化碳（g-C3N4）存在表面质子吸附位点不足与光生载流子复合严重的双重缺陷，直接制约了其光合成过氧化氢（H2O2）的效率，为此本研究开发了一种碱处理改性策略，通过尿素与氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）添加剂的共热解过程实现对g-C3N4的改性调控，其中一方面，碱处理可在g-C3N4表面引入氰基（–C≡N），不仅增加了质子吸附位点的数量、显著提升了质子捕获效率，同时该官能团修饰还能够优化材料的电子结构，有效抑制光生载流子的复合，另一方面，钠离子（Na+）或钾离子（K+）的引入可大幅加速g-C3N4本体内部的电荷传输速率，从而进一步促进H2O2的生成，此外本研究还突破了实验室环境中传统氙灯模拟光照测试的局限性，转而在真实的室外弱自然光条件下对H2O2产率进行系统评估，成功克服了传统测试方案忽略实际天气动态变化的固有缺陷，实验结果表明，经KOH与NaOH改性的g-C3N4催化剂其光催化活性得到显著提升，在多云天气下，二者的H2O2产率分别达到143.15 μmol/(g·h)与70.10 μmol/(g·h)，在阴天天气下，产率则分别为56.41 μmol/(g·h)与47.70 μmol/(g·h)，上述数值均远高于相同天气条件下原始g-C3N4的产率，即多云天气39.26 μmol/(g·h)、阴天天气24.74 μmol/(g·h)，本研究最终为基于无金属g-C3N4催化剂的光催化H2O2合成技术的性能提升提供了全新的研究思路与实验依据。

相关研究成果在国际著名期刊《Applied Surface Science》（IF：6.9；2025年中科院二区期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.164223

6. Chemical Engineering Journal: 一体化双功能系统——太阳能驱动界面协同转化光化学与光热耦合反应

实施太阳能驱动的光化学-光热耦合转化是克服单一功能太阳能系统局限性的有效策略。本文通过在聚偏氟乙烯（PVDF）膜中原位封装三维有序大孔TiO2/Cu2SnS3复合材料，构建了一种一体化界面集成系统。该系统在紫外-可见-近红外光谱范围内展现出强宽带太阳光吸收能力，这得益于Cu2SnS3的窄带隙特性与TiO2的三维有序大孔结构。二者的协同作用赋予系统优异的光热转换性能，加速界面水分蒸发，从而在液-固界面实现海水淡化。同时，3DOM-TiO2/Cu2SnS3异质结构促进了光生载流子的高效分离：空穴氧化界面水蒸气释放质子，电子则利用质子将CO2还原为CO，进而在气-固界面实现光催化CO2还原。通过光化学与光热耦合协同作用，该系统实现了6.84 μmol·g-¹·h-¹的CO2还原产率与0.93 kg·m-2·h-¹的海水淡化蒸发速率。此外，PVDF支撑的系统表现出长期稳定性与可循环使用性，不产生二次污染并降低了反应成本。该研究为太阳能燃料与淡水的联产提供了重要潜力。

相关研究成果在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：13.2；2025年中科院一区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.169440

7. Separation and Purification Technology: 双功能富氨基超薄多孔硼掺杂g-C3N4助催化剂用于卤化铅钙钛矿基高效光催化CO2还原

开发高效助催化剂是提升卤化铅钙钛矿光催化CO2还原性能的关键策略。本研究以三聚氰胺为前驱体、氯化铵为气泡模板、硼酸为硼掺杂源，成功制备了兼具固态质子供体功能的双功能富氨基超薄多孔硼掺杂氮化碳（NH2-PB-CN）助催化剂。一方面，NH2-PB-CN作为助催化剂与CsPbBr3形成Ⅱ型异质结，光生电子将富集于NH2-PB-CN的导带上；其高比表面积增加了CO2分子吸附与活化的活性位点，且相较于对照组氮化碳样品，NH2-PB-CN提升的还原电势也有助于促进CO2转化。另一方面，NH2-PB-CN表面丰富的氨基作为固态质子供体，能够比以水为质子源的体系提供更多用于CO2还原的质子。为探究不同官能团对质子供给与CO2转化的影响，本研究同步合成了羟基化（OH-CN）与磺酸化（SO3H-CN）氮化碳作为对照助催化剂。实验结果表明，MF/NH2-PB-CN/CsPbBr3的CO2还原产率达到103.21 μmol·g-1·h-1，分别为以水为质子源的MF/CN/CsPbBr3、以及采用固态质子供体的MF/OH-CN/CsPbBr3和MF/SO3H-CN/CsPbBr3的2.5倍、1.1倍和1.7倍，充分证明了氨基官能团的高效质子供给能力。此外，MF/NH2-PB-CN/CsPbBr3体系展现出优异的稳定性与持续的质子供给能力，在连续四轮、每轮8小时的循环测试中未出现明显的产率下降。

相关研究成果在国际著名期刊《Separation and Purification Technology》（IF：9；2025年中科院二区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.131842

8. Applied Surface Science: 海藻酸钙微球封装双氧化还原对可回收光催化剂用于高效废水净化

开发高效光催化剂是提升废水处理效能的重要策略。本研究通过调控反应溶剂类型及原料配比，制备了包括Cu2SnS3和Cu3SnS4在内的铜-锡-硫三元硫属化合物，并进一步通过碱刻蚀处理引入硫空位进行改性。硫空位的存在在硫属化合物中形成了Cu(I)/Cu(II)与Sn(II)/Sn(IV)双氧化还原对，从而加速了O2向高活性·O2-的转化。此外，将硫属化合物与Bi2WO₆构建异质结进一步促进了电荷载流子的迁移，显著提升了废水处理效率。传统光催化活性评价通常在实验室中以氙灯（140~150 mW/cm2）模拟太阳光进行，而本研究创新性地在户外真实太阳光照射场景下进行光降解性能测试。结果表明，所构建的Ca-alg/Sv-Cu2SnS3/Bi2WO₆催化剂在晴天（58.24~64.85 mW/cm2）、多云（33.56~63.86 mW/cm2）乃至阴天（11.19~18.12 mW/cm2）天气条件下均表现出优异的四环素降解性能，在150分钟太阳光照射后降解效率分别达到61.05%、57.49%和44.33%。此外，通过海藻酸钙微球对催化剂粉末进行封装，实现了反应后催化剂的简便回收与重复利用，不仅降低了成本且避免了二次污染，为其实际应用提供了良好前景。

相关研究成果在国际著名期刊《Applied Surface Science》（IF：6.9；2025年中科院二区期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.162666

9. Journal of Energy Storage: 分子内电子转移调控双金属分子电催化剂配位环境及其柔性锌空气电池应用

锌空气电池（ZABs）中氧还原反应（ORR）与氧析出反应（OER）动力学缓慢，严重制约其作为可持续储能器件的应用发展。针对这一关键挑战，本研究构筑了一种原子级分散的双金属分子电催化剂，通过分子内电子从Co-O4向Ni-N4的定向转移，实现对活性位点配位环境的精准调控。鉴于ORR与OER对活性中心电子结构的本征需求存在显著差异（ORR需要富电子环境，而OER更依赖高价态、低电子密度的活性位点），该工作为双功能催化剂的理性设计提供了新的思路。所构筑的催化剂表现出优异的双功能电催化性能，在ORR中半波电位达到0.85 V，在OER中于10 mA cm-2下仅需410 mV的过电位。此外，该催化剂在柔性锌空气电池中展现出卓越的运行稳定性，在5 mA cm-2电流密度下可稳定工作超过40小时。本研究从分子尺度揭示了分子内电子转移在提升双功能催化活性中的关键作用，为新一代高性能分子电催化剂的设计提供了重要理论依据与结构范式。

相关研究成果在国际著名期刊《Journal of Energy Storage》（IF：9.8；2025年中科院二区期刊）上发表，论文链接：https://doi. org/10.1016/j.est.2025.116335

10. Journal of Membrane Science: 通过功能化PTFE纳米纤维与磺化CNOs增强SPAES-SPEEK共混复合膜协同提升其稳定性与离子电导率

为解决碳氢基质子交换膜（PEMs）稳定性与离子电导率之间的平衡问题，孔填充复合结构已被证明是一种有效策略。本研究首先通过乙醇-聚多巴胺对聚四氟乙烯（PTFE）纳米纤维进行功能化处理，获得改性多孔基底（PD@PTFE）。随后，将磺化聚醚醚酮（SPEEK）与磺化聚芳醚砜（SPAES）共同浸润至多孔PD@PTFE中，并引入磺化碳纳米洋葱（SP-CNOs），制备出高性能孔填充纳米复合膜（PD@PTFE/SPAES-SPEEK/SP-CNOs）。填充的低离子交换容量（IEC）SPAES有效抑制了高IEC SPEEK的溶胀与溶解。同时，PTFE表面均匀沉积的聚多巴胺（PDA）层富含亲水基团（如OH、NH/NH2），增强了多孔基底与浸润聚合物之间的相容性。所得双电解质孔填充膜在稳定性和质子电导率方面表现出优异的均衡性能。此外，SP-CNOs上的SO3H基团通过酸碱对和氢键与PDA上的NH/NH2基团以及SPAES-SPEEK上的SO3H基团相互作用，形成大规模三维网络，有助于构建长程连续的质子传输通道。PD@PTFE/SPA-SPE-0.5在80°C下表现出308.2 mS/cm的超高质子电导率，是PD@PTFE/SPEEK的2.0倍。其氧化稳定性也显著提升，质量保持率高达97.0%，而PD@PTFE/SPEEK仅为74.2%。在80°C、100%和60%相对湿度条件下，PD@PTFE/SPA-SPE-0.5的峰值功率密度分别达到916 mW/cm2和801 mW/cm2，优于PD@PTFE/SPA-SPE的717 mW/cm2和588 mW/cm2。经过48小时耐久性测试后，其电压衰减率仅为3.2%。为深入理解材料的结构性能关系，本研究进一步通过分子动力学模拟，从分子层面揭示了纳米复合膜的内在机理。

相关研究成果在国际著名期刊《Journal of Membrane Science》（IF：9；中科院一区Top期刊）上发表，论文链接：https://doi. org/10.1016/j.memsci.2025.124980

11. International Journal of Hydrogen Energy: 聚多巴胺介导磷酸功能化碳纳米洋葱/磺化聚芳醚砜复合膜：用于低湿度燃料电池的质子传输能力与化学耐久性提升

本研究通过在聚多巴胺（PDA）修饰的碳纳米洋葱（CNOs）表面进行磷酸化处理，构建了一种优异的质子传导促进剂——磷酸化碳纳米洋葱（PDCNOs），并将其引入磺化聚芳醚砜（SPAES）中制备高性能复合膜。纳米尺寸的PDCNOs具有丰富的官能团，赋予颗粒良好的亲水性与分散性。制备得到一系列柔韧、致密且均匀的SPAES/PDCNOs复合膜，并系统评估了其微观结构、物理化学电化学性能及耐久性。得益于更好的填料基体相容性、更强的界面相互作用以及更连续的质子传输路径，复合膜表现出提升的机械性能、物理化学稳定性与质子传导率。PO3H2基团具有低零点能、高水合能及两性特征，有利于构建低能垒质子通道和氢键水桥，从而在低相对湿度（RH）条件下实现快速的质子跳跃/扩散。SPAES/PDCNOs1.5展现出优异的质子电导率：222 mS/cm（90 °C，水合状态）和75 mS/cm（80 °C，65% RH），分别约为SPAES膜的1.5倍和2.0倍。在H2/O2燃料电池中，SPAES/PDCNOs1.5的功率输出达到760 mW/cm2（80 °C，100% RH）和550 mW/cm2（80 °C，60% RH），优于SPAES膜（535 与 293 mW/cm2）及Nafion® 112膜（722 与 mW/cm2）；同时在80 °C/60% RH条件下运行144小时仍表现出足够高的电池性能稳定性。本工作为构建在低湿度下具有突出质子传导性与耐久性的复合膜提供了一种有效策略。

相关研究成果在国际著名期《International Journal of Hydrogen Energy》（IF：8.3；中科院二区期刊）上发表，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.06.012