将太阳能转化为化学物质的光催化技术在提供清洁能源方面有着巨大的潜力，可以解决日益严重的能源危机和环境污染问题。作为两个典型的例子，光催化CO₂和H₂O为太阳能燃料在过去的几十年里引起了人们极大的研究兴趣。

近日，浙江师范大学胡勇教授，Deli Chen报道了一种用于高效CO₂还原和水氧化（CO₂RR 和 OER）的基于FeOOH纳米纺锤体（NSs）和CdS纳米晶（NCs）异质结构的双功能光催化剂（FCS）。

文章要点

1）研究人员首先通过含有FeCl₃·6H₂O和NaNO₃的水溶液的简单水热反应制备了具有表面V_O的FeOOH NSs（步骤1）。然后，在制备的FeOOH NSs存在下，CdCl₂·2.5H₂O和硫脲在60 °C温和的化学沉积反应3 h（步骤II）得到CdS NCs，CdS NCs在表面V_O的辅助下沉积在FeOOH NSs表面，从而形成FCS异质结构。

2）微观结构表征和理论计算表明，V_O在FCS异质结构的形成和高光催化活性中的重要作用。首先，与不含V_O的FeOOH NSS相比，CdS在FeOOH NSs的V_O位上的沉积在热力学上更有利。其次，界面覆盖的V_O增强了元器件之间的电子相互作用，并为光生载流子的转移提供了快速通道。第三，未被覆盖的V_O不仅促进了CO₂在FeOOH表面的吸附，而且降低了CO₂RR为CO过程中中间体的势垒。

3）得益于V_O辅助的界面电荷转移和表面反应的协同作用，优化后的FeOOH/CdS异质结构的单碳化合物生成速率为18.43 μmol g^-1 h^-1（CH₄为5.88 μmol g^-1 h^-1，CO为12.55 μmol g^-1 h^-1），分别是各自的6.2和8.5倍。此外，可见光照射下，FeOOH/CdS异质结的析氧速率为676.50μmol g^-1 h^-1。

本工作首次揭示了表面V_O在FeOOH/CdS异质结中的重要作用及其对光催化性能的协同效应。

参考文献

Li L, Guo C, Ning J, Zhong Y , Chen D, Hu Y , Oxygen-vacancy-assisted construction of FeOOH/CdS heterostructure as an efficient bifunctional photocatalyst for CO₂ conversion and water oxidation, Applied Catalysis B:Environmental (2021)

DOI：10.1016/j.apcatb.2021.120203

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120203