多金属氧酸盐负载SnS2包裹Te纳米结构的多通道电荷转移机制助力高效光催化CO2还原

针对单组分Te易氧化和SnS2光腐蚀问题，研究人员通过构建Te@SnS2 S-型异质结并负载Co4POM（[Co4(H2O)2(PW9O34)2]10-），实现多通道电荷分离与传输。该催化剂CO产率达92.6 μmol g-1 h-1（选择性97.7%），为光催化CO2还原提供了稳定性与效率协同提升的新策略。

　　

在全球碳中和背景下，光催化CO₂还原技术被视为实现碳循环利用的"绿色钥匙"。然而，传统半导体材料如碲（Te）和硫化锡（SnS₂）各自面临致命缺陷：Te纳米线虽具有优异的光吸收能力，却在空气中迅速氧化为TeO₂；SnS₂纳米片虽能有效捕获可见光，却在光照下发生严重的光腐蚀。更棘手的是，单一材料中光生电子与空穴的快速复合，使得催化效率始终难以突破。这些"卡脖子"问题严重制约着该技术的实际应用。

为破解这一困局，来自中国的研究团队创新性地将Te纳米线与SnS₂纳米片组装成S-型异质结（S-scheme heterojunction），并引入多金属氧酸盐（POM）[Co₄(H₂O)₂(PW₉O₃₄)₂]^10-（Co4POM）作为空穴助催化剂，构建出具有多通道电荷传输特性的Te@SnS₂-Co4POM（TSCo4）复合体系。该研究发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》，展现出高达92.6 μmol g^-1 h^-1的CO产率和97.7%的选择性，同时实现了CO₂光还原与水氧化的高效耦合。

研究团队采用水热法合成Te@SnS₂异质结，通过浸渍法负载Co4POM。关键实验技术包括：原位漫反射红外傅里叶变换光谱（in situ DRIFTS）追踪反应中间体，准原位X射线光电子能谱（quasi-in situ XPS）分析光照前后元素价态变化，以及辐照开尔文探针力显微镜（irradiated KPFM）直接观测表面电势演变。

Synthesis of Te Nanowires (Te)
通过改良的多元醇法成功制备直径均匀的Te纳米线，XRD显示纯相六方晶系Te（JCPDS No.36-1452），TEM证实其直径约50 nm且表面光滑，为后续异质结构建奠定基础。

Characterization of Te, SnS₂, Te@SnS₂(TS) and Te@SnS₂-Co4POM (TSCo4)
SEM显示SnS₂纳米片（厚度≈5 nm）均匀包裹Te纳米线形成"电缆"结构，XPS证实Te⁰含量在TS中比纯Te提高41.7%，证明异质结有效抑制氧化。UV-Vis显示TSCo4可见光吸收边扩展至650 nm，PL光谱表明其荧光强度较TS降低83%，揭示Co4POM显著促进电荷分离。

Photocatalytic CO₂ reduction performance
在气固相反应体系中，TSCo4的CO产率是纯Te的15.2倍，且连续5次循环后活性仅下降4.3%。同位素¹³CO₂标记实验证实碳源来自CO₂，in situ DRIFTS捕获到关键中间体COOH和CO，证实反应遵循质子耦合电子转移路径。

Mechanism investigation
辐照KPFM显示Te@SnS₂界面存在0.38 eV电势差，驱动S-型电子转移（Te导带电子与SnS₂价带空穴复合）；准原位XPS证实光照后SnS₂的Sn 3d结合能正移0.6 eV，而Co4POM的Co 2p负移0.9 eV，验证空穴从SnS₂向Co4POM迁移的多通道传输机制。

该研究通过精准的能带工程和分子级助催化剂设计，实现了三大突破：首先，Te@SnS₂异质结的S-型电荷转移路径同时解决了Te氧化和SnS₂光腐蚀问题；其次，Co4POM作为"分子级空穴水库"（molecular hole reservoir）建立了第二电荷通道，使载流子分离效率提升近5倍；最后，多组分协同作用使得氧化还原位点空间分离，实现CO₂还原与H₂O氧化的高效耦合。这种多通道电荷传输策略为设计高稳定性、高效率的光催化剂提供了全新范式，对发展太阳能燃料转化技术具有重要指导意义。