通过人工光催化将太阳能转化利用于生产化学燃料是解决能源问题的一种理想途径，尤其是光催化整体水分解在大规模生产可再生氢气方面受到了广泛关注。

近日，清华大学朱永法教授报道了成功构建了石墨碳氮化物/rGO/perylene diimide polymer（g-C₃N₄/rGO/PDIP）Z-方案异质结，成功实现了具有高通量电荷转移和高效的光催化整体水分解。

文章要点
1）研究人员通过简单的多步制备路线制备了g-C₃N₄/rGO/PDIP Z-方案异质结光催化剂。首先，通过湿化学还原工艺，在PDIP纳米棒表面包覆一层rGO，得到rGO/PDIP纳米棒。然后通过溶剂挥发-沉积法将前一种产物负载到g-C₃N₄纳米片（g-C₃N₄ NS）上，然后进行热处理，最终得到g-C₃N₄/rGO/PDIP异质结光催化剂。TEM图像显示，PDIP纳米棒表面有厚度约为2 nm的超薄包覆层，表明rGO HRTEM表征为异质结的形成提供了直接证据。

2）研究人员发现，Z-方案异质结中具有一个巨大的内部电场，使得电荷分离效率大大提高了8.5倍。因此，g-C₃N₄/rGO/PDIP光催化剂具有高效稳定的整体光催化水分解活性，其析氢速率和析氧速率分别为15.80 µmol h⁻¹和7.8 µmol h^-1，是g-C₃N₄纳米片的12.1倍。同时，在420 nm处获得了4.94%的高量子效率和0.30%的高太阳能-氢能转换效率，显著超过了许多已报道的g-C₃N₄基光催化剂。

总之，这项工作对于通过界面控制来增强内部电场以显著提高光催化性能具有重要意义。

参考文献

Xianjie Chen, et al, Efficient Photocatalytic Overall Water Splitting Induced by the Giant Internal Electric Field of a g-C₃N₄/rGO/PDIP Z-Scheme Heterojunction, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202007479

https://doi.org/10.1002/adma.202007479