余家国院士Adv Mater综述：构筑S型二维异质结光催化剂

纳米技术

2023-11-22

半导体光催化剂目前成为具有前景的将可再生太阳能转化为化学能的技术，在能源和环境领域具有重要的应用意义。但是通常光生电子和空穴发生快速的复合，导致单个光催化剂的性能较低。为了解决这个问题，构筑二维S型异质结光催化剂成为一种可能的技术。二维结构使得光催化剂具有非常高的表面积，同时S型光生电荷转移机理能够增强电荷分离和氧化还原能力。

有鉴于此，中国地质大学余家国院士、张留洋等总结二维S型异质结光催化剂领域的发展。

主要内容

（1）

S型异质结的构筑方法包括：原位生长、静电自组装。S型异质结光催化剂的分类：金属氧化物（二维TiO₂、WO₃、Fe₂O₃），金属硫化物（二维CdS、ZnIn₂S₄），含铋化合物（二维BiOX、Bi₂MO₆），二维有机材料（g-C₃N₄、COF、MOF等），黑磷等。

（2）

总结与展望。自从g-C₃N₄/WO₃的S型异质结光催化剂被发展以来，各种各样不同维度（0D/2D，1D/2D，2D/2D）的S型异质结光催化剂逐渐得到发展。简单方便的合成方法得以发展，包括原位生长和静电自组装。人们通过DFT计算、自由基捕获、先进的表征技术（XPS、KPFM、fs-TA等）研究二维异质结光催化剂机理。而且，人们发现通过单原子催化剂和修饰助催化剂改善二维S型异质结光催化剂性能。

相比于传统的II型异质结或Z型异质结，S型异质结具有一定优势，但是S型异质结光催化剂仍具有一定局限：包括发展新材料，通过新型表征技术理解如何改善界面电荷转移，精确表征和调节S型异质结的界面电场。

S型异质结光催化剂的未来发展机会包括：拓展应用场景，表征界面成键，有机-无机杂化光催化剂，多功能助催化剂，先进表征技术，第一性原理计算。

参考文献

Bicheng Zhu, Jian Sun, Yanyan Zhao, Liuyang Zhang, Jiaguo Yu, Construction of Two-Dimensional S-scheme Heterojunction Photocatalyst, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202310600

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202310600