暨南大学融媒体中心讯 在材料科学领域，金属/半导体复合结构因其优异的光催化与能量转换性能而备受关注。传统构筑策略主要包括表面负载型（metal-on-semiconductor）和核壳结构（core–shell）。然而，这些结构普遍存在两方面局限：一方面，界面接触有限且不够紧密，制约了光生电荷的高效分离与传输；另一方面，在某些催化反应条件下，金属纳米颗粒易发生迁移、聚集甚至失活。此外，由于异相催化反应主要发生在材料表面，研究长期聚焦于表面组成与结构的调控，而对催化剂内部结构的作用缺乏系统认知。由此引出一个关键科学问题：复合催化剂内部的组成与结构，是否以及如何影响其催化性能？
近日，暨南大学化学与材料学院宁印课题组在前期研究工作的基础上（Ning, Y.*, et al.,Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202505637; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 136, e202410908; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202300031; J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 21546; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 17966; Acc. Chem. Res., 2020, 53, 1176, etc.），通过给金纳米颗粒“穿上一层高分子外衣”，克服了晶体生长过程中的“排异效应”，实现了金纳米颗粒在二氧化钛单晶中的高效、可控内嵌，构筑了一类新型的复合晶体材料。该工作的核心价值在于：证明了复合催化剂不仅‘面子’重要，‘里子’同样重要。该工作以“Hidden Functional Nanoparticles in Semiconductor Crystals”为题发表在化学综合类顶级期刊Journal of the American Chemical Society。暨南大学博士研究生张家浩为论文第一作者，暨南大学宁印教授为通讯作者，暨南大学为通讯单位。
图1. 本研究中复合晶体结构与传统金属/半导体复合结构的对比。
图2. 金纳米颗粒（G26-Au）在二氧化钛晶体中空间分布和金纳米颗粒浓度的关系：（a-c）control；（d-f）0.01 g/L；（g-i）0.05 g/L；（j-l）0.1 g/L。注：图中白点为金纳米颗粒；复合晶体被刻蚀后平行（第二列）与垂直（第三列）c轴的截面SEM图像。
图3. 复合晶体的高清TEM微观结构表征
图4. 复合晶体的微观结构表征分析。（a）紫外-可见漫反射光谱；（b）高分辨同步辐射粉末XRD图谱；（c）（101）晶面处的晶格膨胀；（d）拉曼光谱；（e, f）Au 4f和Ti 2p的XPS光谱。
图5. 光催化水分解产氢性能、光电化学响应及催化机理
这项工作的重要启示在于：材料性能不仅由“表面”决定，“内部结构”同样至关重要。传统研究主要关注：表面修饰和表界面工程。而本工作表明：催化剂内部的结构设计，可以成为性能调控的关键维度。总的来说，该工作不仅揭示了晶体内部组成和结构在催化中的关键作用，还提出了基于纳米粒子内嵌策略实现晶体内部结构调控这一材料设计新理念，为新一代纳米复合晶体催化剂的构筑提供了重要理论基础与方法指导。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.6c04768
责编：常凯丽