由于化石燃料消耗的增加，大气中CO2浓度的急剧上升加剧了全球气候变化和环境退化。作为一种丰富、无毒且可再生的碳源，利用太阳能将CO2转化为高附加值化学品和燃料为实现碳中和和减缓气候变化提供了有前景的解决方案[1, 2]。在各种CO2利用策略中，光催化CO2还原因其能够在常温条件下直接将太阳能转化为化学能而受到了广泛关注[3, 4]。尽管具有这些优点，但光催化CO2转化的实际应用受到一些内在限制的阻碍，包括光生载流子的快速复合、光吸收不足、选择性低以及CO2活化能力有限[5, 6, 7]。
为了克服这些挑战，人们广泛研究了半导体异质结构的构建，以促进载流子的空间分离并提高整体光催化性能。特别是最近提出的S型异质结构作为一种有效的架构，能够在保持强氧化还原电位的同时实现高效的电荷分离[8, 9, 10, 11, 12]。与传统II型异质结构不同，后者通常由于能带弯曲而降低氧化还原能力，S型系统通过界面形成的内部电场保持了具有较高还原电位的电子和具有较强氧化能力的空穴[12, 13, 14, 15]。Yu等人[16]开发了一种WO3–x/In2S3 S型异质结构，通过引入氧空位构建了能带内电子库，从而通过捕获和缓慢释放光电子显著延长了载流子的寿命。Chen等人[17]成功制备了S型WO3/CsPbBr3异质结构。在合理的能带对齐下，建立了WO3和CsPbBr3之间的有效电荷转移路径，实现了光生载流子的有效分离和定向迁移。因此，S型光催化剂的合理设计为提高CO2光还原的活性和选择性提供了有力策略。
基于钨的氧化物，如WO3，因其可见光活性、优异的稳定性和适合氧化反应的能带位置而受到关注。然而，其较高的导带电位导致WO3在光催化还原反应中的效率较低[18, 19, 20]。另一方面，通过将碱金属离子插入MxWO3结构的六方隧道中，新形成的MxWO3通常表现出更负的导带电位[21, 22]。这种电子调制促进了W5+/W6+混合价态的生成，从而显著提高了WO3的导电性，并使MxWO3材料表现出类似金属的导电行为，有利于还原反应的发生[23, 24]。这些性质使得WO3和MxWO3成为构建能够增强电荷转移和光利用的异质结构系统的合适候选材料。
受上述研究的启发，通过超声辅助的静电自组装成功制备了一种由Cs0.32WO3纳米片和WO3·2H2O纳米棒组成的分层S型异质结构光催化剂。所得到的2D/1D CWO/WO复合材料在全光谱照射下表现出显著增强的CO2光还原活性，其中最优的CWO/WO-0.8样品的CH3OH和CO产率明显高于单个组分。这一改进主要归因于异质结构界面处强内置的电场，它促进了有效的电荷分离和定向电子迁移。密度泛函理论（DFT）计算和CO2-温度程序脱附（TPD）分析的结果表明，复合结构增强了CO2的吸附和活化能力，而原位漫反射傅里叶变换红外（DRIFTS）测试阐明了可能的CH3OH形成反应途径。这些发现突显了S型异质结构在提升光催化CO2转化方面的潜力，并为其工作机制提供了宝贵的见解。
