为了缓解全球能源危机，利用光催化剂技术将太阳能转换为清洁能源（如氢能）被认为是切实可行的解决途径。元素掺杂被认为是改良光催化剂性能的有效方式，其可以引入杂质能系并增强光吸收，但由于掺杂引入的缺陷亦会导致载流子的复合，降低光催化剂的产氢性能。

为了克服载流子在半导体催化剂体相复合导致的能量转换效率低下的缺点，近期，协同创新中心光电功能材料课题组陆春华教授团队与澳大利亚昆士兰大学王连洲教授团队合作，报道了一种通过表面梯度扩散掺杂方法制备的非均匀磷掺杂的硫化镉纳米棒光催化剂。结合DFT理论计算和实验测试分析，解析出该光催化剂具有梯度分布的掺杂元素，这种掺杂剂的梯度分布诱导了光激发下催化剂能带的弯曲，进而形成了具有驱动载流子迁移至材料表面的定向电场。这种特殊的能带结构分布具有与“量子阱”相反的特征，因此我们将其命名为“反量子阱”能带结构。这种特殊的能带结构克服了一般无序掺杂易导致载流子在缺陷处复合的缺点，在没有助催化剂的条件下，该材料在可见光下的产氢速率高达194.3 𝝁mol h^-1 mg^-1，产氢速率是未掺杂样品的58.3倍，并且在420 nm的产氢量子效率达到了8.2%。该研究揭示的内建定向电场的作用机制有助于指导其他高性能半导体光催化剂的开发。

相关工作发表在材料和纳米领域国际Top期刊《纳米快报》（Nano Letters，IF=13.779）：Oriented Built-in Electric Field Introduced by Surface Gradient Diffusion Doping for Enhanced Photocatalytic H2 Evolution in CdS Nanorods (Nano Lett. 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01147. )。（黄亨明博士生：第一作者；陆春华，寇佳慧：共同通讯作者）