过氧化氢（H2O2）是一种重要的工业化学品，也是极具前景的可持续能源载体。[1], [2], [3], [4] 然而，在温和条件下实现简单、高效且经济可行的合成方法仍然是一个重大挑战。利用太阳光驱动的光催化生产H2O2作为一种可持续替代方案受到了广泛关注，因为它可以避免二次污染。[5], [6], [7] 但由于光生载流子快速复合以及需要贵金属催化剂和牺牲剂来获得显著性能，其实际应用仍受到限制，这些因素进一步影响了其经济性和可扩展性。[8], [9], [10], [11], [12] 因此，设计能够在自然条件下将水和氧气转化为H2O2的新型光催化剂具有重要意义。
在新兴的异质结构策略中，S型异质结构已被证明能够有效分离光生电子和空穴，同时保持较强的氧化还原能力。[13], [14], [15], [16], [17] 用于构建S型异质结构的常见材料中，二氧化铈（CeO2[18], [19], [20], [21] 和聚合物碳氮化物（PCN）[22], [23] 具有互补优势：CeO2具有丰富的氧空位和优异的氧化性能，而PCN则具有可见光吸收和化学稳定性。此外，CeO2和PCN的能带排列相互交错，CeO2的导带和价带位置更正，且功函数较大，这使得它们能够形成结合这些优良特性的S型异质结构。[24], [25], [26] 然而，此前报道的CeO2/PCN复合材料大多是通过简单物理混合或静电吸附制备的，导致界面结合较弱，限制了快速的界面电荷分离和定向传输。[27], [28] 在此背景下，在界面引入共价键可以起到“电荷传输桥梁”的作用，大大促进载流子的快速传输并抑制复合损失。迄今为止，关于这类共价键合界面的研究及其电荷载流子动态的研究仍然有限。
金属有机框架（MOFs）由金属氧化物单元和有机连接体通过配位键连接而成，具有高度可调的结构、组成、孔隙率和形态。[29], [30], [31] 当作为牺牲模板使用时，它们可以生成保持基本微观结构的衍生材料。[32], [33], [34] 因此，Ce-MOF衍生的CeO2能够保留Ce-O-C共价键，当与另一种半导体结合时，可以通过共价键形成紧密耦合的异质界面。此外，两种组分的同步生长对于形成紧密的界面也非常关键，因为这可以避免一种组分被环境物质污染，从而阻碍紧密接触并增加界面电荷传输阻力。[35], [36], [37] 为此，我们选择了熔盐方法作为在同一反应环境中同时制备高结晶度金属氧化物和聚合物碳氮化物的有效策略。[38], [39] 在共晶KCl/LiCl熔盐中，MOFs可以转化为结构明确的氧化物纳米结构，而溶解的三聚氰胺则原位聚合形成掺钾的三嗪/七嗪框架（KCN）。[40], [41], [42] 本文使用含有Ce-O-C键的Ce-MOF作为CeO2前驱体，在高温熔盐条件下，CeO2被转化为CeO2，同时三聚氰胺聚合为KCN，形成了原子级紧密连接的CeO2/KCN异质结构。
在本研究中，我们报道了一种一步法原位合成CeO2/KCN异质结构的方法，采用Ce-MOF和三聚氰胺作为前驱体，在熔盐条件下制备出界面具有Ce-O-C共价键的异质结构。优化后的杂化材料在无需任何牺牲剂或催化剂的情况下，表现出109.1 μmol g?1 h?1的显著光催化H2O2生成速率，约为纯CeO2的54倍，是纯KCN的2倍。原位XPS证实了S型异质结构中的电荷传输机制，飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）显示Ce-O-C键合界面在约11.1皮秒内实现了超快电荷传输，实现了高效的空间分离和光生载流子的积累，以及增强的氧化还原活性。这项研究为设计共价键合的S型异质结构提供了新的思路，并为可持续的光催化H2O2合成提供了有前景的途径。
