吉大施展Small: 多功能！In2S3中富In空位用于提高光催化析氢、降解和重金属离子还原

高效光催化材料的设计和开发是采用光催化技术合理解决解决能源和环境相关问题的关键。In₂S₃具有带隙合适、制备容易、毒性低等特点，已被用作污染物降解、析氢和二氧化碳还原的光催化剂。然而，光生载流子的快速复合和严重的光腐蚀限制了其在光催化中的大规模应用。

基于此，吉林大学施展课题组通过一锅法成功制备出具有原子p-n同质结的富铟空位(V_In) In₂S₃光催化剂，其具有显著提高的光催化活性。

研究人员通过正电子湮没光谱和电子顺磁共振揭示了制备的光催化剂中V_In的存在；莫特-肖特基图和表面光电压谱证明富含V_In In₂S₃可以形成原子p-n同质结以及结合光电化学测试验证了p-n同质结可以有效分离载流子。V_In将载流子传输活化能(CTAE)从V_In-poor In₂S₃的0.64 eV 降低到V_In-rich In₂S₃的0.44 eV，独特的缺陷结构赋予In₂S₃多功能光催化性能，即在模拟阳光下能够有效产氢(872.7 µmol g^-1 h^-1)、甲基橙的降解(20 min, 97%)和重金属离子Cr(VI)的还原(30 min, 98%)，优于现有的多种基于In₂S₃的复合催化剂。

此外，研究人员提出了光催化机理来揭示反应过程。光激发产生电子和空穴，电子从价带(VB)迁移到导带(CB)，在VB中留下空穴；光生电子从p型半导体(高CB边缘)转移到n型半导体(低CB边缘)，并且n型半导体中的光生空穴向具有高VB边缘的p型移动。并且，p-n同质结中n型和p型部分之间形成的内部电场很小，这加速了载流子迁移并抑制了电荷复合。最后，光生电子转移到催化剂表面参与氧化还原反应，最终MO被降解，Cr(VI)被还原为Cr(III)以及H₂O被还原为H₂。

Rich Indium-Vacancies In₂S₃ with Atomic p-n Homojunction for Boosting Photocatalytic Multifunctional Properties. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202201556