近日，来自西安建筑科技大学云斯宁教授“新能源材料”研究团队与合作者在国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry A》（简写为JMCA，2025年影响因子为9.5，SCI一区TOP期刊，我校A类期刊）上发表题为“Advances in topological quantum materials for energy conversion”的综述论文。云斯宁教授为论文通讯作者，外籍博士研究生Abdullah Nasir为论文第一作者，西安建筑科技大学为论文牵头完成单位，荷兰莱顿化学研究所、巴基斯坦COMSATS伊斯兰堡大学，越南菲尼卡大学等为国际合作完成单位。

该文章系统梳理了拓扑量子材料在光催化水分解、光伏电池和光电化学电池等能源转换系统中的最新研究进展。文章详细阐述了拓扑绝缘体、Weyl/Dirac半金属等材料在氢析出反应（HER）和氧析出反应（OER）中的高效催化机制，指出其受拓扑保护的表面态可显著降低反应过电位、提升电荷传输效率，并在宽pH范围内保持优异稳定性。研究还探讨了拓扑材料在太阳能电池和光电化学器件中的应用潜力。通过能带工程、异质结构建以及费米弧调控等策略，拓扑量子材料可实现高效的光吸收、电荷分离与传输，有效抑制载流子复合，从而提升光电转换效率与器件长期稳定性。文中所汇总的材料合成方法、性能比较及机理分析为相关领域的实验设计提供了重要参考。

拓扑表面态能够增强各种能量转换应用中的电荷传输，这些应用包括太阳能电池、水分解以及光电化学电池。它能够对减少电荷复合、染料降解、腐蚀以及热损失产生重大影响，从而能够提高系统的功率转换效率。

拓扑量子材料在能源转换领域的研究仍处于快速发展阶段，未来通过材料设计、界面工程与器件集成等多维度创新，有望实现更高效、稳定、低成本的能源转换系统。随着对拓扑物态调控机制的深入理解，这类材料或将在绿色制氢、高性能光伏及太阳能燃料合成等领域实现突破，为推动可持续能源技术发展和“双碳”目标实现提供关键材料支撑。

该研究获国家自然科学基金、陕西省国际科技合作重点项目、陕西省重点科技创新团队等基金的资助。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ta/d5ta02897c

文字、图片：材料科学与工程学院、国际教育学院