基于半导体光催化材料的太阳能制氢技术被认为是未来很有前景的一种人工能量转换技术，但低效率的光激子利用和高值牺牲剂的消耗成为该技术实际推进中的主要限制因素。对于大多数传统的半导体光催化材料，由于其固有的能带结构缺陷和缺乏有效活性位点，一方面导致高频电子-空穴重组，使光激子利用效率低下。另一方面，催化剂表面的高水分解反应能垒在缺失牺牲剂的情况下很难获得高产氢活性。

本文将TiO₂纳米颗粒生长在Bi₄Ti₃O₁₂钙钛矿微球表面，通过结构调控构建具有协同异质结界面作用的D-A光催化系统，进一步通过表面Pt纳米助催化剂生长在内部建立高速电子转移“通道”，改善其宽带光吸收响应能力，从而加速光激子的分离和转移，并引入丰富的反应活性位点，有效抑制光激子的重组，降低表面水分解反应能垒。因此在模拟太阳光照射和无牺牲剂添加下，在该光催化剂上显示出明显增强的OER和HER性能，达到了约0.1062%的太阳光-光激子利用效率。本研究一方面首次提出了关于光催化剂的太阳光-光激子利用效率的概念和计算方法，更全面地考虑还原和氧化性激子的有效利用；另一方面，本研究中指出光催化材料因其能带结构、表面性质和暴露活性位等差异而导致其生成的H₂和O₂的化学当量不符合2:1的重要结论。

硕士生高凡凡为本论文的第一作者。