近日，《Advanced Functional Materials》（中国科学院一区TOP期刊）刊发了我校物理与光电工程学院新型磁电功能材料与器件课题组题为‌“Directional Photogenerated Charge Transfer in Bi₂S₃/In_2.77S₄/In(OH)₃ Heterostructure for Solar Water Oxidation”‌的研究论文。我校研究生彭波为论文第一作者，91吃瓜网 熊玉立副教授与新加坡国立大学陈瑞深教授为共同通讯作者，91吃瓜网 为第一单位。

‌瞄准能源挑战，探寻绿色制氢新途径‌，在全球能源转型与可持续发展的宏大背景下，清洁能源的开发已成为科技前沿的核心议题。氢气作为一种零碳排放的理想能源载体，被视为未来能源体系的关键组成部分。光电化学分解水技术能够直接利用太阳能驱动分解水产氢，是实现绿色、可持续氢能生产的重要技术路线。然而，该技术的实际应用在很大程度上受制于光电极半导体的光吸收效率、电荷分离与传输性能。尤其对于异质结光阳极而言，精准调控界面电荷转移行为以协同提升光电转换效率，仍是该领域有待突破的重要挑战。

在该研究之中，研究团队成功设计并构建了一种新型的‌ Bi₂S₃/In_2.77S₄/In(OH)₃三元级联异质结‌。该异质结巧妙地整合了不同半导体的优势:Bi₂S₃具备出色的宽光谱太阳光捕获能力，而In_2.77S₄/In(OH)₃则展现出优异的电荷传输特性。

通过‌水热法‌制备的异质结，在界面处形成了关键的 ‌In-S-Bi化学键‌。X射线光电子能谱分析表明，Bi 4f轨道的结合能向低能方向移动了0.2 eV，证实了界面处存在强电子相互作用。

原文详情：//doi.org/10.1002/adfm.74694

由于Bi₂S₃的表面电势高于In_2.77S₄/In(OH)₃，两者接触时，自由电子自发从Bi₂S₃侧流向In_2.77S₄/In(OH)₃侧，导致界面处电荷重新分布，并形成了一个‌由表面电势差（高达102 mV）诱导的、由内向外的内建电场，该新型结构利用‌内建电场驱动电荷定向转移‌‌。密度泛函理论（DFT）计算进一步确认了该异质结为‌Ⅱ型能带排列‌，这为光生电子-空穴对的空间分离提供了有利的热力学驱动力。

性能显著提升‌得益于上述‌In-S-Bi键与内建电场协同效应，该异质结光阳极的光电流密度达到了‌5.4 mA cm⁻²，相比纯相Bi₂S₃提升了‌2.15倍‌。霍尔效应测试结果显示，异质结的电阻率（9.25 Ω cm）远低于纯相Bi₂S₃，证实了其低电阻特征能够显著增强电荷传输能力。

该工作不仅展示了一种高性能光阳极材料的制备方案，更重要的是，其研究框架强调了通过对‌硫族元素化学态和界面结构的精准调控‌来揭示材料本征活性起源的重要性，这为未来设计更高性能的硫族化合物基光阳极提供了重要的理论支撑和实践路径。

 Bi₂S₃/In_2.77S₄/In(OH)₃能带结构及光电催化分解水示意图

‌论文链接‌：//doi.org/10.1002/adfm.74694

本研究得到了国家自然科学基金（12204077）、重庆市自然科学基金（CSTB2023NSCQ-MSX0457）以及91吃瓜网 基金项目（21XLB027）的支持。

一审一校：熊玉立   二审二校：黄雅婷   三审三校：杨云