设计与构建兼具高效光生载流子分离能力和强氧化/还原能力的双功能S型异质结光催化剂，在能源转换与环境净化的光催化应用中具有重要实践价值。本研究通过静电纺丝与水热法系统设计合成了一系列新型x% CoWO₄/CdIn₂S₄复合材料(x%代表CWO与CIS的质量比；x = 10, 20, 30, 40, 50)。通过可见光下甲醛降解与产氢实验评估其光催化性能。最优的30% CWO/CIS异质结展现出865.14 μmol g⁻¹ h⁻¹的卓越产氢性能(420 nm处表观量子效率AQE = 3.6%)，并在1 h内实现69%的甲醛去除率。基于原位红外光谱技术解析了甲醛降解路径。优异的催化性能主要归因于可见光吸收增强、活性位点数量增加及S型异质结的构建。通过原位XPS、电子自旋共振测试、自由基捕获实验及密度泛函理论(DFT)计算，证实了CWO/CIS体系的S型电荷转移机制。该研究为系统性开发兼具气体污染物去除与产氢功能的双功能S型异质结提供了重要见解。

持久性有机污染物在废水中的完全矿化仍是一项艰巨挑战。本研究报道了一种通过原位氧化聚合法合成的ZIF-8衍生ZnO/聚苯胺(PANI)S型异质结的理性设计。先进表征技术证实了ZnO/PANI异质结内S型电荷转移机制。优化后的复合材料在模拟太阳光照射下，60 min内实现苯酚完全矿化，同时以0.75 mmol∙L⁻¹·h^–1的速率生成H₂O₂。机理研究表明，S型异质结保留了强氧化还原电势，驱动活性氧物种的形成，从而实现H₂O₂合成与苯酚降解。该工作为MOF衍生的无机/有机S型异质结建立了普适性设计范式，有效耦合了太阳能驱动的能源转化与环境修复。

尽管氢气具有高能量密度、环境友好性和可再生性等优势，但其高效生产受限于析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)的缓慢动力学。本研究报道了一种Pt@PtNi₃核壳合金电催化剂，通过引入Ni元素调控Pt 5d反键轨道占据，同步提升析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)与尿素氧化反应(Urea Oxidation Reaction，UOR)活性。对于HER，优化后的Pt@PtNi₃-500在酸性条件下实现10 mA cm^-2电流密度仅需21 mV的低过电位，同时在碱性条件下的UOR起始电位为1.27 V，性能均优于单金属Pt和Ni催化剂。当被应用于酸碱非对称电解(HER/UOR)时，相较于传统碱性水分解(HER/OER)，Pt@PtNi₃-500的制氢能耗降低了68.3%。机理研究表明Pt@PtNi₃中适量的Ni掺杂增加了Pt 5d–H 1s反键轨道占据，既强化了H⁺吸附又削弱了过强的H^*结合，同时还降低了^*NH₂脱氢能垒，从而协同促进了氢气生成与尿素分解。该研究为高效生物质氧化辅助制氢合金电催化剂设计提供了新思路。

利用氧气和水光催化生产过氧化氢(H₂O₂)是一种经济环保的工艺，但开发高性能光催化剂仍具挑战性。本研究通过室温下在WO₃纳米纤维表面原位生长席夫碱聚合物三(4-氨基苯基)胺(TAPA)-对苯二甲醛(PDA)(标记为TP)，成功合成了WO₃@聚合物S型光催化剂(WO₃@TP)。所制备的WO₃@TP S型异质结展现出快速的载流子分离能力和较短的光生载流子传输距离。最优的WO₃@TP复合材料(WT-10)实现了3242 μmol g⁻¹ h⁻¹的H₂O₂产率，分别是纯WO₃和TP的137.3倍和4.6倍。通过原位辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)、理论计算和飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)等先进表征手段的结合，验证了WO₃@TP S型异质结内的电荷转移机制。电子顺磁共振(EPR)和原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)证实了反应体系中存在双通道路径(氧气还原反应(ORR)与水氧化反应(WOR))，从而促成高效H₂O₂生产。该研究不仅深化了对S型异质结中超快电荷迁移行为的理解，还为应用于太阳能驱动H₂O₂生产的无机@有机光催化剂提供了合理设计思路。

光催化合成过氧化氢(H₂O₂)是一种至关重要的清洁能源转化过程，涉及对氧气的两电子还原。然而，这一过程常常受限于缓慢的水氧化反应，后者需要光生空穴的参与。为了应对此挑战，我们设计了一种双功能的S型ZnO/CdIn₂S₄异质结体系，将H₂O₂生成与增值的苄胺(BA)氧化反应进行耦合。在此双功能光催化系统中，CdIn₂S₄中的光生电子可以高效地还原O₂生成H₂O₂，而ZnO中的光生空穴则选择性地将BA氧化为N-亚苄基苄胺。得益于S型异质结的优势，相比于纯ZnO或CdIn₂S₄，优化后的ZnO/CdIn₂S₄光催化剂展示出显著更高的H₂O₂生成速率(386 μmol·L⁻¹·h⁻¹)和BA转化率(81%)。飞秒瞬态吸收光谱(fs-TA)结果说明，ZnO/CdIn₂S₄复合材料在光的激发下，在ZnO导带(CB)和CdIn₂S₄价带(VB)之间发生超快S型电子转移。此外，ZnO的VB空穴和CdIn₂S₄的CB电子的及时消耗，有助于加速ZnO/CdIn₂S₄ S型异质结界面中的电荷转移。本文中ZnO/CdIn₂S₄ S型光催化体系的创新设计为高效的双功能异质结光催化系统的开发提供了新的思路，并引入了一种利用fs-TA光谱研究S型异质结的新方法。

绿色光催化合成过氧化氢(H₂O₂)是替代高能耗蒽醌工艺的理想途径，但其在无牺牲剂体系中受限于快速载流子复合与氧化还原能力不足。本研究报道了一种原位化学浴-水热法制备的三聚氰胺泡沫(MF)负载的硫掺杂氮化碳(SCN)/硫空位修饰硫铟锌镉(CZIS)S型异质结(CZIS/SCN/MF)，用于无牺牲剂H₂O₂光合成。通过原位辐照X射线光电子能谱(XPS)、自由基捕获电子顺磁共振(EPR)、飞秒瞬态吸收光谱(fs-TA)及理论计算，证实了其S型电荷转移机制。具体而言，硫掺杂可调控氮化碳骨架的局域电荷分布，强化SCN/CZIS异质结界面内建电场；同时，CZIS中煅烧引入的硫空位作为光电子陷阱促进电荷分离，并保留光生空穴用于H₂O氧化，从而实现无牺牲剂H₂O₂合成。结合MF三维多孔框架的光热效应，优化S掺杂浓度和SCN用量的CZIS/SCN/MF催化剂在纯水中H₂O₂产率达3.46 mmol·g⁻¹·h⁻¹，显著优于多数无牺牲剂体系。该研究为无牺牲剂光催化体系中的界面电荷协同调控与能量转换强化提供了新策略。

光催化技术利用清洁、无污染的太阳能合成过氧化氢(H₂O₂)。本研究通过铃木-宫浦反应和水热法合成了ZnO/PBD S型异质结复合材料，其特点是在供体-受体共轭聚合物(PBD)基底上生长ZnO纳米颗粒。最佳ZnO/PBD复合材料的产H₂O₂效率为4.07 mmol∙g^-1∙h^-1，是原始ZnO的5.4倍。该性能的显著提高归功于S型异质结的形成。紫外可见漫反射吸收光谱和原位光照X射线光电子能谱证实了S型异质结的成功构建。稳态光致发光和飞秒瞬态吸收(fs-TA)光谱确定并验证了ZnO中缺陷态的存在。这些缺陷态会捕获光生电子，从而对光催化反应产生不利影响。然而，S型异质结有效地促进了电子的分离和转移，从而缓解了这一问题。通过拟合fs-TA衰减动力学曲线确定的这些缺陷态中光生电子的寿命，进一步证明了S型异质结中的载流子转移机制。该工作介绍了一种利用fs-TA光谱研究有机/无机S型异质结的新方法。

太阳能光催化技术是一种绿色、经济、可持续的制备H₂O₂方法，被认为是取代传统蒽醌法最有前景的策略。然而，由于有限的光捕获能力、快速的光生载流子复合以及氧化还原能力不足等问题，单一组分光催化剂表现出温和的光催化活性。并且，在光催化合成H₂O₂反应系统中需要额外添加牺牲剂。在这项研究中，我们通过光沉积法将Bi₂O₃ (BO)纳米颗粒负载于离子型有机共价框架材料(iCOF)纳米纤维上，构建一种S型异质结用于双通道路径光催化合成H₂O₂。在纯水体系中，在iCOF表面负载10 wt% BO时，复合催化剂iCOF/BO10表现出最高的H₂O₂产率，达到了9.76 mmol·g⁻¹·h⁻¹ (在420 nm处的量子效率为5.5%)。这一性能分别是纯iCOF的2.2倍，纯BO的5.6倍。原位表征技术(包括原位X射线光电子能谱、DFT理论计算、活性物种捕获实验以及原位漫反射红外傅里叶变换光谱)揭示该S型异质结不仅能促进光生载流子的分离和增强光吸收能力，而且能实现氧化还原能力最大化，使得反应体系同时通过间接2e⁻氧气还原反应和4e⁻水氧化反应双通道路径产生H₂O₂。此外，4e⁻水氧化反应生成的O₂能够通过间接2e⁻氧气还原反应加快H₂O₂生成的反应动力学，实现光催化H₂O₂的全合成。该项工作为开发新颖催化剂实现高效光催化合成H₂O₂提供了独特的见解。

光催化氧还原反应(ORR)为过氧化氢(H₂O₂)的生产提供了一种温和且经济高效的方法。然而，催化剂的快速载流子复合和氧气吸附能力不足严重制约了其实际应用。针对上述问题，本研究提出了一种协同策略，首先通过制备富含S空位的CdIn₂S₄(S_v–CIS)促进电荷分离，随后负载纳米金颗粒(Au–S_v–CIS)以增强O₂吸附能力。结果表明，优化后的Au–S_v–CIS在10%乙醇/水溶液中的H₂O₂产率显著提高至2542 μmol·h⁻¹·g⁻¹，分别是单体CIS和S_v–CIS的12.8倍和1.7倍。采用光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、瞬态光电流响应、电化学阻抗谱和飞秒瞬态吸收光谱等证明了Au–S_v–CIS具有显著改善的电荷分离效率。程序升温脱附实验和密度泛函理论计算揭示了Au–S_v–CIS增强的氧气吸附特性。本研究为实现高效的太阳能-化学能转化提供了新的设计思路。

光催化制备H₂O₂与高值木质素技术创新了绿色化学合成和废弃生物质转化的相关途径。本研究通过水热法合成了木质素基碳量子点(LCQDs)，并构建了S型异质结光催化剂LCQDs/Bi₂WO₆以高效生产H₂O₂，其在模拟可见光下展现出优异的H₂O₂产率(3.776 mmol·h⁻¹·g⁻¹)，较BWO−A样品提升5.97倍，在五轮循环后仍可保持89.72%的性能。这一突破源于LCQDs与氧空位缺陷的协同调控：LCQDs独特的上转换发光特性结合S型电荷转移路径，有效增强了光吸收能力和载流子分离效率，而氧空位作为电子陷阱则延长了载流子寿命。结合原位电子顺磁共振分析和能带结构表征，我们证实了反应途中•O₂⁻和•OH自由基的大量存在，复合材料主要通过连续单电子反应优化H₂O₂合成路径，经过导带与价带位置的同步调整，增强了氧还原反应(ORR)与水氧化反应(WOR)能力。鉴于木质素的主要来源为农林废弃物，该研究不仅为高性能光催化体系的设计提供了新策略，还显著推动了废弃生物质资源的高值化利用。