以光为媒催化开路——邹志刚院士研究成果精选
1. J. Power Sources：电沉积无定型钴磷硫化合物及其全分解水性能研究
材料表面的自我重建是分解水的研究中影响催化性能的主要的因素。得益于暴露了更多的悬挂键，无定型结构可当作电催化中活性相的理想前驱物。基于此，邹志刚院士团队利用电沉积法在泡沫镍上生长了无定型的钴磷硫化合物，并将其作为全分解水中的高效双功能电极。由于引入了磷和硫这两种元素，前驱物位点增多，钴周围的电子态发生重构，这为催化反应提供了更多的活性相，并促进了电子的输运效率。电化学测试根据结果得出，在1.0 M KOH环境中，钴磷硫电极在析氢和析氧反应中的过电势仅为58和283 mV。塔菲曲线和电化学阻抗谱进一步证明了电催化的动力学反应过程。与此同时，钴磷硫电极在全分解水过程中仅需要1.6 V的电压就能够达到10 mA cm-2的电流密度。
Ta3N5在太阳能转化中是极具前景的光响应半导体材料之一，但其过快的载流子复合严重阻碍了相关的研究。构筑异质结构是提高载流子分离效率从而增强太阳能转化效率的有效途径。基于此，邹志刚院士团队设计了一种p-n异质结光阳极，其由沿a轴生长的n型Ta3N5纳米棒阵列和p型Cu2O纳米颗粒构成。这种纳米棒阵列异质结缩短了空穴的扩散距离，使电子沿a轴输运更高效，扩大了空间电荷区。此外，异质结极大地提高了Ta3N5纳米棒的电荷分离效率，相比标准氢电极，Ta3N5-Cu2O异质结电极在1.6 V时的电流密度为9.19 mA cm-2，起始电位为0.326 V，在380 nm处最大入射光-电流转化效率为60%。实验根据结果得出，在晶体上取向生长构筑异质结的方法对于克服载流子扩散距离短和过快的载流子复合十分有效。
3. Appl. Catal., B：可见光驱动的TaON/V2O5异质结光催化剂及其对易挥发芳香化合物的高效降解性能
对于利用光催化剂降解稳定易挥发芳香化合物来说，高效的电荷分离是研究中需要面临的巨大挑战。基于此，邹志刚院士团队利用TaON对V2O5进行修饰，构筑了异质结，提高了电荷的分离效率。其中，5 wt% TaON/V2O5在降解甲苯的过程中表现出最佳的催化性能，在经过30 h的照射后，能达到40%的矿化率，相比单一的TaON和V2O5来说，矿化率分别提高了2.1和1.5倍。这一增强的光催化性能主要得益于异质结的界面电场对电荷分离效率的提升。质谱和电子顺磁共振结果清楚地证明了其反应机理，即甲苯首先会被-OH氧化，随后会与.OH、.O2-和h+反应生成木糖和甲氧基乙醛，直到它们完全矿物化为CO2为止。这一研究为利用具有广谱吸收的光催化剂进行易挥发芳香化合物的纯化提供了有益的思路。
纯立方相β-Fe2O3晶体由于带隙较窄（Eg=1.9 eV），因此能吸收波长小于650 nm的可见光，所以其可作为光Fenton反应中廉价、无毒的催化剂。基于此，邹志刚院士团队对包括罗丹明B、甲基橙、茜素红和苯酚在内的有机污染物进行了高效降解。尤其对罗丹明B的降解过程进行了深入研究。在利用对苯二甲酸作为指示剂时，研究根据结果得出羟基自由基在反应过程中可当作活性物质存在。此外，作者还结合液相色谱和质谱对催化过程的反应机理和苯酚在光Fenton反应中的中间体进行了研究。有趣的是，苯酚的羟基化可以产生一些中间体，它们最终会转化为H2O和CO2。
BiVO4和Bi2S3由于其独特的结构和对光的有效吸收而成为了光催化研究领域的最佳候选之一。基于此，邹志刚院士团队通过阴离子交换法，利用十字形BiVO4薄片在Na2S水溶液中水热反应制备了具有独特空心十字形结构的BiVO4/Bi2S3异质结。十字形BiVO4薄片在空心BiVO4/Bi2S3十字形异质结构的形成中可作为模板，对这种特殊结构的形成起到了至关重要的作用。空心的十字形结构增大了电子的输运面积。对Na2S含量进行调节可以精确控制BiVO4/Bi2S3十字形异质结构中BiVO4的含量。此外，异质结界面处的光生电子空穴的有效空间隔离为延长电子在输运过程中的寿命提供了便利。通过负载合适数量的Bi2S3可以合理调节可见光的吸收范围，而这也是使Cr6+离子发生高效光还原的前提。
6. Nanoscale：由Fe2O3纳米棒阵列和Sb2Se3薄层构筑的直接Z-型光阳极系统及其增强的光电化学分解水性能
Z-型光催化剂系统能模仿自然界中绿色植物的光合成过程，组成该系统的两种半导体分别作为析氢和析氧光催化剂。基于此，邹志刚院士团队合成了由Fe2O3纳米棒阵列和Sb2Se3薄层构筑的直接Z-型光阳极系统。Fe2O3-Sb2Se3 的Z-型光阳极相比可逆氢电极在电压为1.23 V时光电流密度可达3.07 mA cm-2，这比单一Fe2O3产生的光电流密度高出三倍之多。此外，实验中还观察到了光电流初始电位明显的向阴极移动。瞬态光伏响应结果说明，Sb2Se3和Fe2O3的带边匹配良好，这使得Fe2O3导带中的光生电子可以顺利地转移至Sb2Se3的价带中，并与价带中的空穴复合，因此在Fe2O3中空穴含量较高，这促进了水氧化反应的进行。随后的瞬态吸收谱结果证明，在p-n结间的内建电场对于提高电荷载流子分离效率和延长其寿命发挥了重要作用。
空穴传输层对于诸如钙钛矿太阳能电池、有机光伏器件和太阳能分解水等太阳能转化器件来说十分重要。近年来，CuGaO2由于具有较大的带隙和较高的空穴迁移率而成为空穴输运层材料研究中的热门候选。然而，在制备半透明的CuGaO2薄膜时仍然面临着很多挑战。因此，开发一种制备CuGaO2薄膜的新方法就成为了必要，这样获得的薄膜即可应用在太阳能转化器件中并且拥有非常良好的电子接触和半透明特性。
基于此，邹志刚院士团队首次利用一步水热法制备了生长在FTO衬底上的p型CuGaO2薄膜，同时得到了具有较大晶粒尺寸的CuGaO2单晶，这对于将其应用在空穴传输层中十分重要。其中，Br-在形成半透明CuGaO2薄膜的过程中不可或缺，作者还详细研究了半透明CuGaO2薄膜的形成机理。此外，CuGaO2薄膜能作为空穴传输层提高CuInS2光阴极在太阳能分解水中的光电化学性能。同时，CuGaO2薄膜亦可作为其他光电器件中的空穴传输层，因此具有广阔的应用前景。
邹志刚，2015年当选为中国科学院院士。现任南京大学昆山创新研究院院长，南京大学环境材料与再生能源研究中心主任，南京大学留学归国学者联谊会副会长，兼任日本国家材料研究所（NIMS）客座研究员。2013年荣获“全国归侨侨眷先进个人”荣誉称号。1982年毕业于天津大学，1996年在日本东京大学获博士学位。
长期从事材料物理化学和光催化材料的研究。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、国家重点基础研究发展计划“973”项目首席科学家、中国光化学及光催化专业委员会主任委员、中国材料学会理事、总装备部 “国民核生化灾害防护国家重点实验室”学术带头人等。曾为包括Nature出版社旗下等多个著名杂志的编委。在Nature、Phys. Rev. Lett.和Angew. Chem. Int. Edit.等杂志上发表论文494余篇，被SCI他引18000多次，h指数67，申请中国发明专利40多项，其中17项已获授权；此外还分别申请并获得授权2项日本专利和1项美国专利；两项成果应用于国防建设中并获得军方的高度评价。
目前在研的纵向项目包括：科技部973、863、国际科学技术合作项目（JST-MOST）；教育部科学技术研究重点项目；国家自然基金重点、面上、国际科学技术合作项目；江苏省创新学者攀登项目等国家及江苏省科研项目。2003年获美国机械工程学会最佳论文奖，2012、2016年获江苏省科学技术一等奖，2014年获得国家自然科学二等奖。
