具有窄禁带和高量子效率的半导体目前还没有被广泛应用于光催化水分解水制的H2和O2。其面临的一个突出问题是开发有效的保护策略，不仅可以减轻水环境中的光腐蚀，还可以促进电荷分离。与光电化学电池中宏观上分开的两个电极相比，当这些还原和氧化位置仅相隔纳米时，要实现局部电荷分离技极具挑战性。
近日，耶鲁大学胡澍教授报道了一种涂层策略，在稳定光催化剂的同时，促进了光催化过程中的空间电荷分离。
文章要点
1）是研究人员通过在半导体薄膜上涂覆一层薄的保护膜，然后在涂层表面稀疏地负载金属纳米颗粒作为助催化剂以形成半导体/涂层/助催化剂界面。这一简单的两步过程将窄禁带半导体CdS粉末薄膜和外延GaInP2层转化为稳定和高效的光催化剂：氢和可逆氧化还原介体（A/A−）分别在助催化剂位置和裸露涂层表面发生协同反应。
2）该方案不依赖于光催化剂的特定形态或晶面。因此，研究人员制备了CdS/TiO2/Rh@CrOx微颗粒板。其可以以90.6 μmol·h−1·cm−2的速率持续析氢，在可逆多硫化物/硫化物（Sn2−/S2−)氧化还原对溶液中，438 nm波长处的内部量子产率（IQY）为44.3%。而TiO2涂层稳定的GaInP2面板在相同的Sn2−/S2−氧化还原体系下也以144.7 μmol·h-1·cm-2的速率进行了析氢。
3）研究人员结合数值模拟和恒电位实验研究了局部电荷分离机理。多孔CrOx壳控制Rh助催化剂核的电荷转移动力学和选择性：在操作微环境下，Rh@ CrOx core@shell助催化剂降低了局部势垒。此外，氧化还原介导的光催化协同反应可以穿梭载流子，从而可以构建一个安全的H2和O2分离的反应器。
参考文献
Tianshuo Zhao, et al, A coating strategy to achieve effective local charge separation for photocatalytic coevolution, PNAS 2021
DOI: 10.1073/pnas.2023552118
https://doi.org/10.1073/pnas.2023552118
