随着全球能源危机和环境问题的加剧，模拟自然光合作用为生产高能量密度燃料（H₂）提供了一种有吸引力的策略。S-scheme异质结光催化剂因界面电场（IEF）的形成同时保留具有强氧化还原能力的光生载流子已获得了广泛的研究兴趣。然而，传统的S-scheme光催化剂仍面临界面相互作用弱和接触面积有限等挑战，极大地阻碍了界面电荷的有效转移。有趣的是，界面化学键的发展不仅能有效解决结合力弱的问题，还能克服传统（In_4/3P₂S₆）由于其合适的带隙、更负的导带电位和令人印象深刻的光捕获能力而表现出非凡的潜力，使其成为构建高效S-scheme异质结构的有前途的还原半导体材料。因此，精确设计基于In_4/3P₂S₆且具有化学键合作用的s型异质结构是实现高效光催化制氢的有效策略。

近日，郑州大学团队通过在中空TiO₂纳米球上原位生长超薄In_4/3P₂S₆纳米片的策略首次合成了一种具有P-O界面键的S-scheme In_4/3P₂S₆/TiO₂（IPST）异质结光催化剂，用于高效的水还原析氢反应。综合实验和理论分析表明，新颖的IPST光催化剂中建立了多重界面键合的电荷转移通道。强大的界面电场和界面P-O键增强的具有紧密界面接触的S型电荷转移机制不仅可以协同促进快速的光生电荷分离和转移，还同时保持了具有很强氧化还原能力的空间分离的反应位点，协同实现了光催化水还原的高效析氢。另外，这种独特的空心结构还能提供丰富的活性位点，增强的光吸收能力和缩短的电荷转移距离，从而共同实现了优越的光催化活性。值得注意的是，优化后的IPST异质结构显著提高了H₂的析出速率，是原始TiO₂的约5.7倍。这项工作不仅开创了In_4/3P₂S₆在构建异质结光催化剂上的应用，还突出了设计界面键合s型异质结结构在调节电荷转移行为和提高清洁能源转换效率方面的重要意义。

图1 催化剂IPST-10的形貌和结构表征。（a）TEM图像，（b）图a1中对应的FFT图，（c）EDX谱图，和（d）HAADF-STEM图和对应的元素mapping图。

图2 催化剂表面结构和组成分析。（a）FTIR谱图，（b）Raman谱图，（c-f）XPS谱图。

图4 In_4/3P₂S₆/TiO₂复合材料在光照和暗场下的KPFM测试分析。

图5 催化剂的光学和光电性能表征测试。（a）SPV谱，（b）TPV谱，（c）TRPL谱，（d）EIS谱，（e）Bode图，和（f）归一化OCP衰减曲线。

图6 催化剂性能测试和反应机理分析。在模拟太阳光照射下（a）制备样品的光催化产氢速率和（b）与目前文献报道光催化剂活性对比。IPST-10的（c）AQE值和（d）光催化循环产氢性能测试。IPST光催化剂的（e）结构优势和（f）光催化反应机理。

论文第一作者为郑州大学博士研究生易文静，通讯作者为岳新政教授和刘仲毅教授，研究团队致力于复合纳米结构的可控构筑和表界面调控、高活性光催化分解水产氢、光催化有机氧化反应等研究工作。

岳新政，郑州大学化学学院教授，博/硕士生导师，主持国家自然科学基金项目、中国博士后特别资助项目、河南省科技研发计划联合基金重点项目、郑州大学“青年拔尖人才”科研专项等。主要围绕纳米能源功能材料的可控构筑和理论设计开展系统研究，熟练掌握光催化载流子行为调控（异质结和缺陷选择性构筑、助催化剂开发等）、光催化分解水产氢、光催化有机氧化反应等。目前，以第一或通讯作者在Energy Environ. Sci., Adv. Sci., Nano Energy, Appl. Catal. B Environ., Nano Res., Small, J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J等期刊上发表论文40余篇，授权国家发明专利12项。

刘仲毅，博/硕士生导师，郑州大学化学学院教授，河南省特聘教授，河南省科技创新杰出人才，河南省学术技术带头人。主持国家自然科学基金面上项目、郑州市协同创新重大专项和中原科技创新领军项目等。主要研究方向：催化化学和工业催化。目前，以第一或通讯作者在Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Appl. Catal. B Environ., Green Chem., ACS Catal.等期刊上发表论文100余篇，授权发明专利30余项。

Yi W, Wei S, Yi S, et al. Strong interfacial bonded In_4/3P₂S₆/TiO₂ S-scheme junction with multi-channel charge transport for boosting photocatalytic water reduction. Nano Research, 2025, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907423.