氧空位触发S型异质结快速电荷传输，提高光催化性能

S型光催化剂可以同时实现光生载流子的高效空间电荷分离和高氧化还原电位，这在其他类型的异质结中难以实现。值得注意的是，S型光催化剂的界面调节至关重要，因为其决定着光生电荷转移和分离的效率。氧空位(Ov)作为一种固有缺陷，可以调节金属氧化物的局部几何结构，从而调整金属氧化物光催化剂的物理和化学性质。
例如，Ov可以改变金属氧化物的能带排列，产生缺陷水平，在光吸收中起着重要作用。同时，光催化剂中Ov的产生导致了电荷分离和转移过程的变化。虽然Ov在单组分半导体中的作用已被广泛研究，但其对异质结结构的调制机制，特别是在S型异质界面中，缺乏深入的探索和理解。因此，完全阐明Ov在S型异质界面上的功能有利于开发具有优越性能的光催化剂。

近日，香港理工大学黄海涛和Yuen Hong Tsang等功制备了一系列WO3-Ov/In2S3 S型异质结光催化剂，WO3中的Ov是采用简单的氢热处理方法产生的。氧原子的缺失改变了异质界面的电子结构和配位的方式，且S原子锚定的Ov引起的电子密度增加影响了W 5d带，形成了紧密的界面连接，这反过来又作为界面光生电荷转移的通道。
通过飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)，可以推测由Ov引起的电子俘获态可能会触发额外的电荷传输方式，从而导致电荷分离效率的提高。此外，Ov还促进了光的吸收，实现了对光催化过程中的热力学参数的调制。

因此，最佳样品的光催化降解罗丹明B(RhB)性能显著提高，分别为WO3-Ov和In2S3单组分的35.5倍和3.9倍。同时，该复合光催化剂的活性优于WO3/In2S3，表明Ov的引入对于提高光催化活性具有重要作用。

此外，基于系统表征，研究人员提出了S型异质结中Ov增强活性的机理：Ov可以在WO3-Ov中产生杂质阱态，部分捕获光生电子，从而抑制光生电子和空穴的直接复合；与In2S3杂化后，可能产生一种新的界面电子转移途径，界面上的内部电场可以促进电子的转移和迁移，WO3-Ov/In2S3界面上的快速电子捕获和快速电荷分离抑制了电空穴复合。此外，Ov的存在缩小了WO3-Ov的带隙，增强了光吸收，增加了参与反应的光生载流子的数量，进而显著促进了光催化反应性能。

Oxygen vacancies trigger rapid charge transport channels at the engineered interface of S-scheme heterojunction for boosting photocatalytic performance. Angewandte Chemie International Edition, 2024.