S型异质结在光催化领域展现出巨大潜力，但其电荷转移机制仍缺乏深入而全面的理解。尽管时间分辨技术已提供了重要见解，光催化反应本质上仍主要发生于材料表面，因此，从空间分辨角度深入探究其电荷转移机制显得尤为必要。开尔文探针力显微镜（KPFM）凭借其纳米级分辨率的表面电势表征能力，为该类机制的研究提供了独特且强有力的技术手段。

近日，中国地质大学（武汉）余家国教授团队通过原位生长成功制备了CdS/BiOBr异质结，并结合X射线光电子能谱（XPS）和飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）证实其S型异质结电荷转移机理。该研究利用开尔文探针力显微镜（KPFM），揭示了S型异质结中空间分辨的电荷转移动力学。在光照条件下，n型半导体费米能级（E _f）升高，但异质结中的内建电场（IEF）仍持续存在。电子在还原型半导体（RS）表面富集，使其表面光电压（SPV）低于单一半导体；空穴则在氧化型半导体（OS）表面聚集，其SPV则高于单体材料。S型异质结显著提升了电荷分离效率，分别较单一CdS和BiOBr多生成了11个光生电子和3722个空穴。该研究为深入理解S型异质结的空间分辨电荷转移机制提供了关键依据。

总之，作者借助开尔文探针力显微镜（KPFM）技术，为S型电荷转移路径提供了确凿证据，揭示了异质结表面电荷的空间分布特征。在光照条件下，基于n型半导体的S型异质结费米能级（E_f）升高；还原型半导体（RS）表面显著积累电子，氧化半导体（OS）表面富集空穴，与S型异质结预期的SPV变化趋势高度一致。该工作建立了S型异质结中SPV变化与费米能级偏移之间的完整理论框架，并为未来利用KPFM研究空间分辨电荷转移机制提供了坚实的科学基础。

Kelvin Probe Force Microscopy Reveals Spatially Resolved Charge-Transfer Mechanism in CdS/BiOBr S-scheme Heterojunction Photocatalyst

Zheng Meng, Jianjun Zhang, Haoyu Long, Prof. Hermenegildo García, Prof. Liuyang Zhang, Prof. Bicheng Zhu, Prof. Jiaguo Yu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505456