2022年7月8日下午，前沿院量子材料与器件研究中心（以下简称量子中心）邀请了中国地质大学黄洪伟教授、中科院化学所盛桦研究员和新加坡南洋理工大学吕查德博士，通过线上线下结合的方式，为相关专业师生作了以“催化”为主题的“量子前沿”系列讲座。量子中心副主任周小元教授主持了本次讲座。
黄洪伟教授围绕“极化调控光催化”，详细介绍了几种调控优化催化剂载流子分离转移效率的策略。他指出，在光催化反应过程中，由于光生电子和空穴在催化剂内部以及表面的快速复合，导致电荷分离效率低，是限制光催化性能的主要因素之一。极化可提供有效驱动力，促使光生电子和空穴沿相反方向定向迁移，从而提高电荷分离转移效率。调控光催化剂的体相极化、表面偶极、体相-表面的极性，能促进光生载流子的高效分离。研究结果表明，宏观极化、压电极化、铁电极化可促进体相电荷分离；表面卤化、官能团化、引入氧空位可构建表面局域电场，从而促进表面电荷分离；联合体相-表面极化策略可同时促进体相-表面电荷分离，从而产生协同耦合机制，最终提高光催化性能。
盛桦研究员给大家分享了在CO2还原研究和应用中最为广泛的材料：铜基催化剂。他指出，铜的价态对CO2还原产物选择性的影响极其显著，较高的化合价态(+2，+1)更有利于深度还原产物的生成。同时，在CO2还原所需的电位下，高价铜自身也会被还原从而发生结构动态演变。相比于电催化体系，光催化体系中铜还原导致的重构更为温和，可在体系中保留更高含量的高价铜。盛桦研究员还详细讲解了如何利用原位红外光谱手段，探究含高价铜的铜基光催化剂在催化CO2还原过程中催化剂的结构动态演变，以及其影响CO2还原产物分布的作用机制。
利用绿色能源的电催化技术，具有清洁、高效、可持续性等优势，因此成为助力国家实现“双碳”战略目标的重要前沿技术之一。由于电催化氮还原可在室温条件合成氨、尿素等含氮化学品，有望替代高能耗、高碳排放的传统工业路线。因此，该领域在近年来取得了迅猛的发展。吕查德博士以此为研究背景，详细介绍了其在p区元素催化氮气还原电催化剂中的研究进展。
报告后，与会师生就压电催化机理、在电晕极化中不同极化方向的区别、电催化原位红外检测中遇到的困难、同一材料表现出不同PN掺杂等问题与报告人进行了深入的交流与讨论。报告人针对相关问题做出了详细解释，并提出了相应解决方案供同学们参考实践。通过此次学术讲座，与会师生对“催化”领域的研究热点、研究手段有了更为深刻的认识。
