在太阳能驱动的绿色燃料转化技术领域，晶态半导体光（电）催化材料的构效关系研究是推动反应活性与选择性提升的核心科学问题。近期，我校亚洲无码av
清洁能源材料与器件团队在单晶半导体催化剂各向异性行为研究方面取得系列研究进展，应国际知名学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.邀请，撰写了题为“Anisotropy of Single‐Crystal Semiconductors in Photo(electro)catalysis”的综述论文，系统总结了近年来单晶催化剂在光（电）催化反应中晶面/晶向相关的各向异性特征与调控策略，揭示了晶体构型与反应机制之间的多尺度耦合关系。
图1 a) 各向异性晶体结构和表面原子排列示意图。b) 各向异性半导体光（电）催化剂的发展历程和重要研究成果。
单晶半导体因其可控的晶体取向和高度有序的结构构型，为构建高效能量转化的光（电）催化体系提供了重要材料基础，其光（电）催化性能普遍呈现出明显的晶面/晶向依赖性，即本征的各向异性行为。我校杨化桂教授于2008年率先提出无机非金属离子调控晶态半导体取向生长的理论（Nature, 2008, 453, 638. 引用4500余次），开创了基于各向异性晶面结构设计光（电）催化材料的研究范式。近年来的研究进一步表明，晶体各向异性广泛影响光吸收能力、光生载流子的迁移路径、表面活性位点的分布及关键中间体的吸附与转化机制。因此，仅依赖材料的整体组成或宏观结构已难以准确预测其光（电）催化行为。同时，单晶材料在界面结构设计、晶面精确调控及器件集成兼容性等方面仍面临诸多挑战，限制了其实际应用的拓展。在此背景下，围绕晶体各向异性开展系统研究，亟需从材料合成、原位/工况表征与理论模拟等多个维度出发，深入揭示晶面诱导的结构与性能关系，构建可推广的各向异性晶体结构调控范式，为高效光（电）催化体系的精准设计与工程应用提供理论支撑与方法依据。
图2 光（电）催化中的各向异性机制示意图。各向异性单晶半导体相关的光催化氧化还原反应的示意图。①光吸收, ②载流子分离, ③表面氧化还原反应。
研究团队聚焦单晶半导体在光（电）催化中的各向异性构效关系，系统回顾了近年来关于晶面/晶向依赖性对光（电）催化行为影响的研究进展，重点解析了不同晶面取向与表面原子构型所引发的电子结构调控效应、光生载流子迁移路径重构以及界面反应动力学变化，阐明了晶体各向异性在提升太阳能转化反应效率中的核心作用。此外，研究团队对未来构建高性能光（电）催化体系的发展方向提出展望：包括提升对晶面/晶向诱导结构—性能关系的理解深度；发展更高时空分辨率的原位/准原位表征手段以追踪反应过程中晶面功能动态演化；设计具备可控取向、界面兼容性强的单晶器件结构；构建集成理论计算、实验验证与机器学习协同驱动的多尺度建模平台。随着各向异性调控策略与表征技术的持续发展，将有望打破传统催化剂性能优化的瓶颈，推动单晶材料从基础研究走向功能化器件集成，为太阳能转化、碳中和技术等领域提供强有力的结构设计工具与理论指导。
该综述主要由我校亚洲无码av
博士生丁鹏程在杨化桂教授、刘鹏飞副教授及华东师范大学王雪璐教授等人的指导下完成，研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市基础研究特区等项目的支持。
文献链接：//doi.org/10.1002/anie.202511706