综述：基于BiVO4的S型异质结用于光催化二氧化碳还原

本综述聚焦光催化CO2还原（PCR）技术，系统总结了BiVO4基S型异质结的设计策略、合成方法及表征手段，重点探讨其与金属有机框架（MOFs）、碳基材料、钙钛矿及金属氧化物/硫化物耦合的应用前景，为开发高效PCR系统提供新思路。

　　

Abstract

面对能源与环境挑战，光催化CO₂还原（PCR）作为一种可持续的清洁能源转换技术受到广泛关注。BiVO₄因其优异的光化学稳定性和适宜的带隙宽度而备受瞩目，但单一BiVO₄仍存在载流子复合率高、还原能力不足等问题。构建S型异质结是解决这些挑战的有效策略。本文综述了基于BiVO₄的S型异质结在PCR中的最新研究进展，深入探讨了异质结的设计策略、合成方法与表征手段，重点介绍了BiVO₄与金属有机框架（MOFs）、碳基材料、钙钛矿及金属氧化物/硫化物构建的S型异质结在PCR中的应用，为高效PCR系统提出了新颖的设计策略。

设计策略与合成方法

S型异质结的设计核心在于能带结构的精准调控。通过将BiVO₄与还原型半导体耦合，形成内建电场，实现光生电子-空穴对的高效分离与迁移。合成方法主要包括水热法、溶剂热法、原位生长法和静电自组装技术，其中水热法因其操作简便、结晶度可控而广泛应用。表征手段涉及紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、X射线光电子能谱（XPS）和莫特-肖特基测试等，用于验证能带结构与电荷转移路径。

异质结材料体系与应用

金属有机框架（MOFs）复合体系：BiVO₄与MOFs（如ZIF-8、MIL-125）结合可显著提升比表面积和CO₂吸附能力，同时通过S型机制增强电子分离效率，使CO产率提高3倍以上。

碳基材料复合体系：石墨相氮化碳（g-C₃N₄）与BiVO₄构建的异质结可拓展可见光响应范围，碳量子点（CDs）的引入进一步促进电子传导，甲烷选择性达90%。

钙钛矿复合体系：铌酸钾（KNbO₃）等钙钛矿与BiVO₄耦合后，通过压电极化效应加速电荷分离，乙醇生成速率显著提升。

金属硫化物/氧化物体系：CdS、ZnIn₂S₄等硫化物与BiVO₄形成紧密界面，抑制光腐蚀并提高稳定性；TiO₂、WO₃等氧化物则通过能带匹配优化还原位点活性。

挑战与展望

当前研究仍面临量子效率低、产物选择性调控难等问题。未来需通过原位表征技术揭示反应机理，结合机器学习优化材料设计，推动S型异质结从实验室走向实际应用。