该所李灿院士、范峰滔研究员等综合集成多种可在时空尺度衔接的技术，对光催化剂纳米颗粒的光生电荷转移进行了全时空探测，成功“拍摄”到光催化剂光生电荷转移演化的全时空图像。这在国际上尚属首次，相关研究成果于10月12日发表在国际学术期刊《自然》上。
如果说成功“拍摄”到黑洞照片是人类认知宏观宇宙的一项重大进展，此次全时空图像的“拍摄”，则是对微观世界观测和利用的更进一步。就好比从巨幅的《清明上河图》可以透视北宋时期都城汴京的城市面貌及其生动的人物活动，“拍摄”到的光生电荷转移演化全时空图像，能够极大促进人们对能源转换过程中复杂机制的认识。
这项发现为什么如此重要？一直以来，高效利用太阳能都被认为是洁净能源研究领域“圣杯”式的课题。太阳能光催化反应可以实现分解水产生氢气、还原二氧化碳产生太阳燃料，由此分解而来的氢气是真正意义上的绿氢。在“双碳”背景下，绿氢发展越来越受到关注。然而，这项始于上世纪70年代的研究工作，至今却仍面临诸多难题——反应过程看起来并不复杂，太阳能分解水效率却依然在1.5%左右的低水平徘徊。而这一效率若能达到10%，绿氢生产成本才能与现在的工业制氢相当，突破低效瓶颈十分关键。
“太阳能是地球上万物生长的能源，只要取其万分之一的能量，就可解决人类每年消耗的各种能源之和。为什么不尽快把太阳能利用起来呢？”李灿坦言，主要原因正是利用效率偏低。“效率问题一旦解决，将引起整个世界能源格局的变化”。
记者进一步了解到，针对该领域的研究，长期多集中在应用阶段，在最本质的基础研究上关注远远不够。简单来说，后者就是要弄清楚反应为何发生、如何发生的问题。究其原因，由于光催化反应中光生电荷的分离、转移和参与化学反应的时空复杂性，该过程的基本机制一直不清，进而制约了催化效率的进一步提升。
如今，谜团终于解开。李灿院士、范峰滔研究员等瞄准光催化领域关键科学问题，研究太阳能光催化电荷分离过程全时空域动态成像，揭示了复杂的多重电荷转移机制的微观过程，明确了电荷分离机制与光催化分解水效率之间的本质关联，为突破太阳能光催化反应的瓶颈提供了新的认识和研究策略。
