在许多系统中已经证明，多组分异质结构造可以实质性地调节硫族化合物电子/几何结构，并创造空间分离的氧化和还原位点。此外，在以太阳能驱动的光催化反应中，光催化效率强烈依赖于异质结内的电荷迁移行为。异质结中从光催化剂到表面暴露催化位点的预期定向电荷转移仍然受到电荷迁移驱动力不足和界面相互作用弱的阻碍。
通过调节多组分空间分布和界面微观结构，可以调制异质结的电荷构型和表面特性，从而控制载流子迁移行为。涉及形貌和结构修饰的光催化剂优化方法对催化性能有较大影响，但确切的机理研究仍处于早期阶段。因此，先进异质结光催化剂的合理设计和精确构建，以及对结构-活性关系的深入理解，是定向电荷转移调控的关键因素。
近日，中国科学技术大学傅尧、龚天军、新加坡国立大学颜宁和天津大学吕学斌等通过侧向外延和缺陷介导的异质组分锚定，开发了具有双界面内建电场BIEF的ZnS/Sv-硫族化合物/Ti3C2异质结(硫族化合物包括ZnIn2S4、CdS和CdIn2S4)，这些异质结作为双功能光催化剂，协同生产增值化学品和H2。
侧向外延是ZnIn2S4通过非均相成核和均相成核沿ZnS外表面自组装(ZnS/硫族化合物S型异质结)，而缺陷介导的异质组分锚定是通过界面化学键将Ti3C2纳米颗粒战略性地锚定在硫族化合物的预调节晶格缺陷上(Sv-硫族化合物/Ti3C2肖特基异质结)。双界面BIEF创造了非对称的电荷分布，提供了高效的定向电荷输运和增强的光催化剂还原能力。
BIEF诱导的增强的载流子迁移率动力学起着重要作用，在ZnS/ZnIn2S4 S型异质界面上，不仅用于ZnS CB和ZnIn2S4 VB中弱的光生电子-空穴重组，以及ZnS VB和ZnIn2S4 CB中强的光生空穴-电子富集；同时，在Sv-ZnIn2S4/Ti3C2肖特基异质界面上，用于连续引导光载流子定域和离域电子从ZnIn2S4向Ti3C2的输运，并在反向上抑制电子流动。
此外，BIEF诱导的分子催化行为优化是通过空间分离位点的互补吸附和动力学优势触发的选择性激活实现的。在5-羟甲基糠醛(HMF)氧化和析H2的可见光-辐射协同光催化反应中，ZnS/Sv-ZnIn2S4/Ti3C2表现出优异的生产速率(氧化产物为782 μmol g-1 h-1，还原产物为751 μmol g-1 h-1)，并在氧化半反应(脱氢和自转移氢水解)中显示出显著的潜力。
综上，该项研究通过精确构建和操作界面BIEF，为合理设计高效双功能氧化还原异质结光催化剂提供了思路。
Establishing dual-interface built-in electric fields within Janus heterostructures for cooperative photoredox catalysis. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c01171