中科院高能所袁立永AS：缺陷介导双通道传输S型异质结实现超高效太阳能驱动重金属去除

背景:光生载流子的快速复合严重限制了传统半导体光催化剂的光催化性能，传统异质结因晶格匹配差和单向复合问题，常导致电荷分离效率低和界面动力学迟缓。研究目的:中科院高能所袁立永团队旨在突破上述限制，通过构建新型缺陷介导的S型异质结，将氧空位从“复合陷阱”重新定义为“额外电子转移通路”，实现超高效太阳能驱动的重金属离子去除。结论:研究采用MOF与COF的共价桥接结合真空诱导氧空位工程，成功构建了氧空位介导的S型异质结。该结构通过主通道（S-scheme内建电场驱动界面定向分离）和次通道（氧空位缺陷态作为“电子高架桥”提供并行迁移路径）的双通道电荷传输，显著提升了载流子分离效率。飞秒瞬态吸收光谱显示，氧空位陷阱态将载流子寿命延长至278皮秒，是母体材料的2.5倍。优化后的催化剂对多种重金属离子（UO₂²⁺、Cu⁺、ReO₄⁻等）展现出卓越去除效率，其中UO₂²⁺的去除速率分别达到原始MOF和COF的8.8倍和17.1倍。该研究提出了一种普适性的“缺陷介导双通道传输”策略，为太阳能驱动的环境净化和能源转化提供了新思路。