（问题）“双碳”目标牵引下，绿氢被视作能源转型的重要方向。光催化水分解可直接利用太阳能与水制取氢气——被称为“人工光合作用”——因体系相对简化、潜在成本较低、具备规模化潜力而受到关注。但要走向应用仍面临关键科学与工程难点：光生电子与空穴在材料内部及界面处容易复合，真正参与反应的载流子比例偏低，进而限制产氢效率与稳定性提升。 （原因）业内普遍认为，金属硫化物与金属氧化物具备较合适的能带结构和光电响应特性，是重要候选材料。但在实际反应中，载流子传输动力学偏慢、复合通道较多，成为性能瓶颈。为解决该问题，学界已尝试掺杂、晶面调控、构筑异质结构、负载助催化剂等方法，但整体分离效率仍不理想，难以更提升量子效率与户外适应性。如何在材料表面或界面构建更强驱动力，使电子与空穴在更短时间、更远距离实现定向分离，仍是亟待突破的共性问题。 （影响）陕西省优秀博士学位论文获得者、材料学院材料学专业博士张由子在其论文“金属硫/氧化合物内建电场调控及其光解水性能研究”中，将“表/界面电场”作为提升载流子分离的关键切入点，围绕材料电子结构调控与反应系统结构设计开展系统研究。其核心目标是：通过增强界面内建电场或表面电场强度，为载流子分离提供更强的“定向牵引”，从源头减少无效复合，提高载流子利用率，推动光解水制氢从实验室性能提升走向可验证的户外原位体系。 （对策）据介绍，研究主要沿两条主线展开：“强界面内建电场的异质结构筑”和“反应系统电场耦合设计”。一上，通过界面工程提升材料间电子耦合与能带匹配，构建具有更强内建电场的金属硫/氧化合物基异质结，促进载流子跨界面转移；另一方面，面向大面积反应系统，引入可产生表面电场的机制以增强分离驱动力，探索材料与装置协同提升的路径。 在具体创新上，论文提出界面共价桥联的In2S3/石墨烯量子点异质结构筑方案，阐明缺陷诱导下界面由物理作用向共价桥联转变的规律，并进一步分析界面键合、能带结构与内建电场强度之间的关联，为提升分离效率提供了可复用的设计思路。此外，研究还提出面向“大内建电场”目标的异质结制备策略，探讨在极端非平衡条件下界面态与能带调控对内建电场增强的作用机理，并讨论多激子效应对量子效率提升的潜在贡献，为突破传统效率上限提供了新的解释框架与实验线索。 （前景）业内专家表示，当前光催化制氢的竞争焦点正从单一材料的吸光能力，转向对“界面电荷行为”的精细调控与系统级放大验证。以表/界面电场为核心变量的研究路径，有望与助催化剂、缺陷工程、器件化封装等策略形成叠加效应，在提升分离效率的同时增强长时稳定性。下一阶段，若涉及的成果能在可规模化制备、一致性控制、户外工况耐久性等持续验证，将为绿氢低成本制备提供更具工程可行性的方案，也可为新型光电功能材料设计提供可迁移的方法学。 据公开信息，张由子在博士阶段发表多篇学术论文，部分成果获得国际期刊关注与媒体报道；并入选国家博士后创新人才支持计划、陕西省青年人才托举计划等。其作为项目负责人承担多项科研任务，相关研究也获得学会科技奖项支持。跨学科的问题导向与多元化科研组织方式，为该方向持续推进提供了人才与项目基础。
在能源变革与技术竞争并行的背景下，以张由子等青年科研人员为代表的基础研究进展，反映了原始创新的价值，也为产学研协同提供了可落地的路径；当更多研究者把成果扎实落在真实场景与工程验证中，中国实现“双碳”目标的科技支撑将更为稳固。