不对称异质结工程调控内载流子积累增强光催化硝酸盐还原合成氨

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：Asymmetric heterojunction engineering rectifies internal carrier accumulation to enhance photocatalytic nitrate reduction to ammonia

本文提出了一种新型阳离子竞争策略，通过一步水热法合成具有晶格无序特性的ZnIn2S4-CuIn5S8不对称异质结（ZCIS）。该结构通过建立纵向极性和内建电场，有效解决了传统异质结界面的载流子富集问题，并显著降低了硝酸盐（NO3-）还原制氨（NH3）的反应活化能，最终实现117.32 μmol g?1 h?1的高效氨合成速率，为异质结设计提供了新范式。

　　

Highlight

不对称异质结工程通过调控内部载流子积累来增强光催化硝酸盐还原合成氨的性能。

Characterization of unsymmetrical heterojunction

在这些体系中，不对称的ZCIS异质结是通过简单的阳离子竞争策略水热法制备的（图1a）。然而，由于高浓度的TAA（硫代乙酰胺）会抑制晶体生长，可能会形成缺陷结构。由于其复杂的晶体结构（具有五个不同的阳离子位点）以及铜的氧化态和位置容易呈现无序性，CuIn₅S₈在实现精确结构控制方面提出了重大挑战。有趣的是，这种无序性恰恰有助于形成不对称的局部环境。

Conclusion

总之，我们开发了一种新颖的阳离子竞争策略，通过一步水热法合成了紧密整合的ZnIn₂S₄-CuIn₅S₈异质结。重要的是，所产生的不对称结构异质结创造了明显的界面电荷差异和纵向极性。这种固有的不对称性促进了强内建电场的形成，实现了电荷的定向转移，并有效缓解了异质结界面的载流子积累问题。