◆研究要点
- 研究团队全球首次将光催化反应中产生的正电荷（空穴），依据材料差异分为Type A/B/C三类：一类被材料束缚于深陷阱态，另一类停留于浅陷阱态，并统一进行机理解释。
- 研究证实，可见光驱动光催化剂中，受构成元素电子性质影响，空穴难以落入深陷阱态；明确了即便材料中存在结晶缺陷，仍能维持催化活性的缺陷耐受性形成机制。
- 该研究成果提供了以利用占太阳光绝大部分的可见光，为清洁能源领域备受关注的光催化剂高活性、长寿命的实现这一明确材料设计理论依据。
冈山大学学术研究院前沿研究领域（异领域基础科学研究所）山方启教授、信州大学Junie Jhon M. Vequizo特任助教、堂免一成特别荣誉教授领衔的研究团队，成功解析了可见光响应型光催化剂领域长期悬而未决的核心难题-空穴（电子脱离后形成的缺电子状态）的微观行为机制。
本研究采用时间分辨瞬态吸收光谱法※5），对光照产生的空穴动态行为开展精细化解析，明确了可见光响应型光催化剂会使空穴稳定滞留于能带边缘（band edge）※6）附近，形成浅陷阱态。该状态能够抑制空穴过度局域化与失活衰变，从而长期维持高催化反应活性。
反观传统紫外光响应型光催化剂，晶格畸变会导致空穴高度局域化并形成深陷阱态，这也是这类材料性能衰减的关键诱因之一。
本次研究首次阐明可见光驱动光催化剂中，长年未解释的陷阱空穴会在能带边缘附近呈现尖锐吸收峰这一现象，本质源于阴离子高极化性与轨道杂化有效抑制了晶格缓和。
除此之外，该特殊电子状态还赋予材料缺陷耐受性：即便内部存在结晶缺陷，也不易形成深陷阱，进而持续保持高效催化活性。
该研究极大推进了学界对决定光催化剂性能的光激发载流子行为的认知，为研发高效率、长寿命光催化材料，建立了全新的设计理论体系。
本研究成果已于当地时间2026年3月26日在线发表于美国化学学会期刊《Journal of the American Chemical Society》，并被选为该刊2026年4月22日刊封面科研成果。
◆研究者寄语
| 自2012年发现可见光响应型光催化剂的陷阱空穴会在能带边缘产生吸收以来，便一直在探究该现象的内在成因。 本次研究通过比对历年积累的大量材料实测数据，发现陷阱空穴的吸收规律可划分为三种模式，并实现了三类机制的统一原理解析。同时基于该结论，证实可见光响应型光催化剂天然具备缺陷耐受性，即便存在材料缺陷，催化性能也不易劣化。 这一突破有望大幅革新光催化材料的研发设计理论，我们也十分期待光催化制氢技术能够早日实用化。 |  山方教授 |
■论文信息
论文名：Shallow Hole Trapping and Intrinsic Defect Tolerance in Visible-Light Photocatalysts
期刊：Journal of the American Chemical Society
作者：Akira Yamakata, Junie Jhon Vequizo, Kazunari Domen
D O I：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00026
U R L：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00026
■研究资助
本研究在冈山大学与信州大学联合合作的 跨机构聘任机制下开展，得到日本文部科学省「区域核心・特色研究大学强化促进项目（J-PEAKS）」资助（冈山大学：JPJS00420230010、信州大学：JPJS00420230007）。同时，研究还获得日本学术振兴会（JSPS）科学研究费补助金项目（24H00485、24K21809、25H01674）以及日本板硝子材料工学助成会的支持。
＜详细研究内容＞
清洁能源领域受关注研究进展：破解可见光响应型光催化剂的长期难题—揭示高活性与长寿命并存的机理
＜咨询方式＞
冈山大学学术研究院前沿研究领域
异领域基础科学研究所
教授 山方
（TEL）086-251-7832
信州大学水域再生机构
特別荣誉教授 堂免 一成
（TEL）026-269-5225
＜关于报道咨询方式＞
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