具有節能環保優點的光催化技術在能源和環境領域顯示出廣闊的應用前景。在過去的幾十年里，研究人員一直致力于開發低成本、高性能和環境友善的光催化劑。作為一種僅含碳和氮元素的穩定的高分子半導體材料，g-C₃N₄因其合成方法簡單、結構穩定以及具有合適的帶而被認為是一種具有實際應用潛力的光催化劑。

同時，金屬硫化物(如CdS和Bi₂S₃)由于其獨特的電子結構、窄的禁帶寬度和優異的光響應，被認為是設計高活性異質結催化劑的最佳候選者之一。因此，將g-C₃N₄與Bi₂S₃和CdS合理結合來構建三元異質結光催化劑，預計可以促進電荷分離、提高光吸收和利用率、緩解光腐蝕和提高催化劑壽命。

近日，云南大學王毓德課題組設計了一種三維自支撐B-g-C₃N_x/Bi₂S₃/CdS (BDCN/BS/CS)雙S結構異質結光催化體系，實現了多通道快速電荷轉移。實驗結果表明，所制備的BDCN/BS/CS光催化劑的產H₂速率高達4.78 mmol^?1 g^?1，是純DCN的25倍；并且該催化劑在150 min內對地霉素(OTC)的降解率高達98.6%，比DCN提高了156%，這可歸因于雙S型異質結和光熱效應的協同作用促進了電荷分離，提高了化學反應速率。

更重要的是，經過5個循環反應后，BDCN/BS/CS光催化劑的結構和形貌未發生明顯變化，表明其具有優異的穩定性。

光譜表征和理論計算表明，費米能級差導致電荷在BS、CS和BDCN之間的接觸面上重新分布，形成一個指向BDCN的雙內建電場。在光照條件下，BDCN的CB上的光生電子在內建電場的驅動下，沿著兩條不同的路徑轉移到BS和CS的VB上。并且，在雙S型電荷轉移機制中，氧化還原能力弱的光生電子和空穴重新復合，而氧化還原能力強的光生載流子完成空間分離。

更重要的是，BS和CS的CB上的電子可以與氫質子反應生成H₂以及將表面吸附的O₂還原為?O₂^?；BDCN的VB上的光生空穴與水反應形成?OH，其能夠與?O₂^?共同降解污染物。此外，BS和CS的引入拓寬了光催化劑的光譜響應，產生了強烈的光熱效應，進一步提高了電荷轉移和催化反應速率。

綜上，該項工作闡明了雙S型異質結促進電荷空間分離的機理，為構建具有多通道電荷轉移特性的高性能S型光催化劑提供了理論指導。

Multi-channel charge transfer in self-supporting B-g-C₃N_x/Bi₂S₃/CdS dual S-scheme heterojunction toward enhanced photothermal-photocatalytic performance. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109164