突破性能瓶颈：揭秘与CeO₂完美匹配的异质结材料

1.晶体结构与能带特性

CeO₂为萤石结构（空间群Fm-3m），立方晶系，晶格参数约5.41 Å。

作为n型半导体，其带隙约3.2 eV。其中Ce⁴⁺位于FCC的顶点和面心位置（配位数 = 8，被8个O²⁻包围），O²⁻位于四面体间隙（配位数 = 4，每个O²⁻与4个Ce⁴⁺配位）。

2.晶面活性差异

CeO₂晶体主要暴露的晶面包括 (111)、(110)、(100)。在不同的CeO₂晶面上，Ce位点展现出不同的配位结构。

在(111)面上，一个Ce位点仅有一个垂直于表面的空轨道；而在（110）和（100）面上，一个Ce位点则具有2个空轨道。

而且， (110)和(100)面的空轨道的空间构型是有区别的。在（110）面上，一个Ce位点拥有2个倾斜的空轨道，而在（100）面上，一个氧空位连接了2个Ce位点。

DOI: 10.1021/acscatal.4c04639

1.金属氧化物半导体

CuO/CeO₂ p-n异质结：CuO（带隙1.7 eV）与CeO₂形成II型异质结，价带偏移1.58 eV，导带偏移-0.48 eV，促进光生载流子分离。

DOI: 10.1016/S1003-6326(24)66518-0

NiO/CeO₂：NiO/CeO₂异质结材料在低温固体氧化物燃料电池（SOFCs）中展现出突破性的性能提升，其核心优势源于异质界面处独特的能带工程与电荷重构机制。

n型半导体CeO₂与p型半导体NiO在界面处形成II型能带排列，产生显著的内建电场和界面势垒。

DFT计算表明，界面处的电荷重分布使氧空位形成能从1.2 eV降至0.7 eV，大幅促进离子迁移动力学。

该研究为开发兼具高离子选择性和低电子泄漏的新型电解质提供了思路。

DOI: 10.3390/nano11082004

CeO₂/TiO₂：CeO₂/TiO₂异质结通过S型电荷转移机制（电子从CeO₂流向TiO₂）和丰富的氧空位（Ovs）显著抑制光生载流子复合，同时Ti³⁺/Ti⁴⁺循环与LMCT效应协同促进TCH降解。

CeO₂/NaNbO₃：CeO₂/NaNbO₃异质结复合材料通过能带工程实现了显著的可见光催化性能提升。

通过将CeO₂与NaNbO₃复合，材料的带隙从纯NaNbO₃的3.3 eV降低至2.8 eV）。

DOI: 10.1016/S1872‐2067(17)62975‐9

2.硫化物/硒化物

WS₂/CeO₂：通过共价键形成稳定界面，导电性提高至22.23 mS/cm²，光催化VOC氧化效率提升。

DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106245

CeO₂/Ag₂Se：Ag作为电子–空穴传输介质，构建Z型异质结，光生电子从Ag₂Se的CB转移至CeO₂的VB，增强氧化还原能力，降解效率比单一组分提升300%。

DOI: 10.3390/nano10020253

3.碳基材料

g-C₃N₄/CeO₂：CeO₂/g-C₃N₄异质结通过S型电荷转移机制有效分离光生电子–空穴对，降低其复合率，并利用CeO₂的氧空位和g-C₃N₄的窄带隙协同增强可见光吸收与催化活性，在可见光下实现95.04%的黄药高效降解，为废水处理提供了高效稳定的光催化剂解决方案。

DOI: 10.1016/j.jwpe.2025.107348

4.多组分异质结

CeO₂/BiOCl/Ag₂WO₄：三元双Z型异质结通过协同光生载流子迁移与空间分离，显著提升可见光吸收并降低复合率，对MB和CV的降解效率分别达97%和98%，其高活性源于•OH和•O₂⁻自由基的主导作用及双Z型机制增强的氧化还原能力。

DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.105918

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