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近日，我校电子科学与工程学院2021级博士研究生李访在国际综合期刊 Nature Communications上发表了题为“Understanding the unique S-scheme charge migration in triazine/heptazine crystalline carbon nitride homojunction”的研究性论文。李访为该论文的第一作者，其导师向全军教授为通讯作者，电子科技大学物理学院乔梁教授以及中南民族大学吕康乐教授为共同通讯作者。电子科技大学电子学院为第一作者单位。

电荷分离是一个基本的过程，对信息加工和能源存储领域的应用极为重要，如光电子学、光伏学和人工光合成。然而，由于缺乏适当的表征策略，了解电荷转移动力学和载流子分离途径具有挑战性。尽管能带弯曲理论长期以来被作为区分Type-II型或S-scheme转移的有效方法，但必须非常仔细地考虑外部光源的实际光激发过程。谈到电子转移机制，光生电子（一种被光激发的非平衡载流子）常常与费米能级的电子（材料本身固有的）相混淆；这里必须指出，光生载流子的转移是一种动态的、集中的转移，与暗态下的费米级电子的转移有本质的区别。

上图展示了S-scheme电子迁移的机理验证。a：光辅助KPFM表征的示意图，所用光源为氙灯。b：TH1:4的AFM图像，c：相应的高度分布曲线。d, e：暗态下TH1:4界面的表面电势分布。f, g：光照下TH1:4界面的表面电势分布。h：TH1:4界面电场诱导的光生载流子S-scheme迁移示意图。过程Ⅰ和Ⅱ表示由于功函数的不同而形成的内置电场，过程Ⅲ表示由内置电场诱导的S-scheme机制下的电荷分离。

在这项工作中，论文作者选择了晶化三嗪/七嗪氮化碳同质结作为模型系统，借助先进的原位表征来揭示界面电子遵循S-scheme转移机制。考虑到金属元素对于电子的得失更敏感，在氧化型催化剂和还原型催化剂两侧分别负载了金属助催化剂。在原位光发射过程中，表面双金属催化剂作为电子探针，追踪界面光生电子从三嗪相到七嗪相的S-scheme转移。样品表面电位在光照下的变化证实了动态的S-scheme电荷转移。进一步的理论计算揭示了在光照/暗态条件下界面电子转移路径的有趣逆转，这也支持了S-scheme传输的实验证据。受益于S-scheme电子传输的独特优点，晶化氮化碳同质结显示出明显增强的二氧化碳光还原活性。这项工作提供了一个探究界面电子动态转移机制的策略，为实现高效催化二氧化碳还原制备太阳能燃料提供研究思路。

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李访，电子科学与工程学院2021级博士研究生，其指导教师为电子学院向全军教授。李访主要研究内容为半导体光催化材料的制备及其在太阳能转化方面的应用，曾获国家奖学金、华润微电子奖学金及电子科技大学优秀硕士论文等荣誉。迄今为止，以第一作者在Nature Communication、Journal of Materials Chemistry A、Applied Catalysis B: Environmental等发表8篇SCI论文。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39578-z