武理工「国家优青」，联合余家国教授，最新Nature子刊！

在半导体中，光生载流子的快速复合从根本上限制了其在光催化中的应用。

基于此，2024年11月7日，武汉理工大学曹少文研究员、中国地质大学（武汉）余家国教授和张建军博士在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《A superlattice interface and S-scheme heterojunction for ultrafast charge separation and transfer in photocatalytic H₂ evolution》的研究论文。

在此，作者报道了基于Mn_0.5Cd_0.5S纳米棒的超晶格界面和S-型异质结可以显著促进超快电荷分离和转移。

具体来说，Mn_0.5Cd_0.5S纳米棒中轴向分布的闪锌矿/纤锌矿超晶格界面在均匀内部电场的增强下，可以更有效地重新分布光生载流子，并促进体分离。

因此，Mn_0.5Cd_0.5S纳米棒和MnWO₄纳米颗粒之间的S-型异质结可以通过异质内构电场进一步加速电荷载流子的表面分离。

随后被吸附的H₂O捕获光电子的速度快至几皮秒，在模拟太阳照射下，无需任何助催化剂，光催化析氢速率可达54.4 mmol g^–1 h^–1。与对照样品相比，产率增加了约5倍，并且在420 nm处测得的表观量子效率（AQY）为63.1%。

这项工作为设计高效光催化的协同界面结构提供了一种方案。

图1：合成SL-MCS/MW NRs中的协同界面结构

图2：所制备催化剂的PHE性能及与已有报道的界面工程策略的比较

图3：通过S-型异质结实现表面电荷分离的机制

Wan, S., Wang, W., Cheng, B. et al. A superlattice interface and S-scheme heterojunction for ultrafast charge separation and transfer in photocatalytic H₂ evolution. Nat. Commun. 15, 9612 (2024).