在半導體中，光生載流子的快速復合從根本上限制了其在光催化中的應用。

基于此，2024年11月7日，武漢理工大學曹少文研究員、中國地質大學（武漢）余家國教授和張建軍博士在國際頂級期刊Nature Communications發表題為《A superlattice interface and S-scheme heterojunction for ultrafast charge separation and transfer in photocatalytic H₂ evolution》的研究論文。

在此，作者報道了基于Mn_0.5Cd_0.5S納米棒的超晶格界面和S-型異質結可以顯著促進超快電荷分離和轉移。

具體來說，Mn_0.5Cd_0.5S納米棒中軸向分布的閃鋅礦/纖鋅礦超晶格界面在均勻內部電場的增強下，可以更有效地重新分布光生載流子，并促進體分離。

因此，Mn_0.5Cd_0.5S納米棒和MnWO₄納米顆粒之間的S-型異質結可以通過異質內構電場進一步加速電荷載流子的表面分離。

隨后被吸附的H₂O捕獲光電子的速度快至幾皮秒，在模擬太陽照射下，無需任何助催化劑，光催化析氫速率可達54.4?mmol g^–1?h^–1。與對照樣品相比，產率增加了約5倍，并且在420 nm處測得的表觀量子效率（AQY）為63.1%。

這項工作為設計高效光催化的協同界面結構提供了一種方案。

圖1：合成SL-MCS/MW NRs中的協同界面結構

圖2：所制備催化劑的PHE性能及與已有報道的界面工程策略的比較

圖3：通過S-型異質結實現表面電荷分離的機制

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).?