聚合物氮化碳（PCN）是一种很有前途的可见光直接整体水分解催化剂，具有成本低廉、毒性低、吸收可见光的可调能带结构、合适的带边位置用于满足水分解等诸多优点。从原理上讲，在纳米半导体催化剂上实现光催化整体水分解极具挑战性，因为载流子的快速复合抑制了水的氧化，从而阻碍了光催化效率的提高。因此，尽管聚合物半导体如PCN已被公认为是一种很有前途的用于整体水分解的光催化剂，然而，即使使用贵金属助催化剂，块PCN的析氧速率也普遍低于无机光催化剂。

近日，福州大学王心晨教授，张贵刚教授报道了通过一种简单的大规模合成方法，成功地在Zn_0.2-PHI/PHI催化剂的聚合物半导体中设计了用于光催化水氧化的梯度VDW同质结。

文章要点

1）催化剂的光致发光（PL）光谱表明，所构建的ZnPHI/PHI VDW同质结大大降低了E_b，实现了激子快速解离成自由载流子和空穴。因此，Zn0.2-PHI/PHI催化剂具有空间隔离性，能够产生更多的自由载流子和空穴。更重要的是，由于梯度VDW同质结形成的梯度能带分布，创造了空穴转移通道，进而促进了空穴从体相内部向催化剂表面的迁移，提高了自由载流子到达表面活性中心的几率。

2）实验结果显示，具有VDW同质结的Zn_0.2-PHI/PHI催化剂具有独特的能带结构，在420 nm处对水的光催化氧化活性为3.6%。

这项工作不仅发展了通过在聚合物Zn_0.2-PHI/PHI催化剂中构建梯度VDW同质结来构建高活性光催化水氧化催化剂的通用策略，而且提供了对光催化水氧化反应的全面理解，包括VDW同质结的构建、光生激子解离成自由电子和空穴以及它们向表面活性中心的迁移。本研究为水氧化反应高产率光催化剂的合理设计提供了一个范例。

参考文献

Zhiming Pan, et al, Gradient Zn-Doped Poly Heptazine Imides Integrated with a van der Waals Homojunction Boosting Visible Light-Driven Water Oxidation Activities, ACS Catal.2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c03687

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03687