S型異質結

S型異質結在2019年被餘家國教授課題組提出，它的異質結構與II型異質結相似。傳統II型異質結和Z型異質結都面臨相同的問題，就是光生電子和空穴擁有較弱的還原和氧化能力。但是，在S型異質結中，透過內建電場，能帶彎曲和靜電相互作用等三個因素，實現了保證強氧化還原能力的光生電子和空穴分離。同時阻止氧化型的光生空穴與還原型的光生電子轉移，最終，電子和空穴分別具有高的還原和氧化能力。

如圖7a所示，分離的光生電子和空穴將分別積聚在負電位較小的導帶（CB）和正電位較小的價帶（VB）上。一般來說，較少的負CB水平和較少的正VB水平分別意味著光生電子和空穴的光還原和光氧化能力較弱。從熱力學的角度來看，這種電荷轉移機理實際上削弱了光生載體的氧化還原能力，不利於光催化反應。

S方案異質結由還原半導體（RS）和氧化半導體（OS）兩個n型半導體組成。RS具有較強的負CB電位，因此，其光激發電子的還原能力更強。相反，OS具有更強的正VB電位和更強的光激發孔氧化能力。通常，RS具有比OS更高的費米能級。當這種RS和OS半導體接觸時，它們的費米能級差會驅動電子從RS轉移到OS，導致RS和OS具有相同的費米能級。因此，相反的電荷積聚在其介面上，並形成從RS到OS的內部電場（IEF）指向介面。由於IEF和帶彎曲，OS的導帶上無用的光生電子將轉移到RS上，並與RS的價帶上的無用空穴重新組合。然而，有用的光生電子和空穴將分別保留在OS的RS和價帶的導帶上。這導致形成的異質結具有很強的還原和氧化能力。顯然，光生電子和空穴在S方案異質結中的轉移途徑與傳統的II型異質結完全不同，這使得光載體具有較強的氧化還原能力。

［1］ Wageh S ， Al-Ghamdi A A ， Jafer R ， et al。 新型光催化異質結：S型異質結［J］。 催化學報， 2021， 42（5）：3。

［2］ Swelm Wageh，Ahmed A。Al-Ghamdi，劉麗君。S型異質結CO_2還原光催化劑（英文）［J］。物理化學學報，2021，37（06）：11-12。