钒酸铋(BiVO4)是一种非常有前途的光催化剂，具有许多优点，包括优异的光收集能力、低毒性、高光稳定性和环境友好性，使其成为光催化和光电催化领域高效可靠的催化剂。BiVO4的形貌和晶面工程决定了其电荷分离性能和光催化活性。目前已经证明十面体BiVO4晶体的光生电子和空穴在微米尺度上被空间分离到不同的面上，并且源自各向异性面的内置场为空间电荷分离提供了驱动力。然而，一些研究表明，BiVO4具有有限的载流子迁移率，这不利于有效的电荷分离。此外，使用表面光电压显微镜(SPVM)测量电荷分离机制的典型方法仍然受到其固有时间解析度的限制。因此，利用空间和时间解析度同时追踪单个光催化剂颗粒上光产生电子和空穴的动力学，对于揭示复杂光催化过程具有重要意义。近日，中国科学院大连化物所田文明和李仁贵等利用泵浦-探测瞬态反射显微镜研究了截断的八面体(t-BiVO4)晶体中光生电子和空穴的时空演化。实验结果表明，与t-BiVO4中的{010}面相比，t-BiVO4在{120}面晶体表面附近表现出更明显的向上带弯曲。在晶体面附近的空间电荷区(SCR)中，微分带弯曲产生不同的内置场，导致光生电子和空穴的分离。光生电荷分离包括两个步骤：首先，在SCR内置强场作用下，光生空穴从体内迁移到表面，而光生电子在6 ps以内沿相反方向运动，激发后立即在{120}面形成不平衡的电子和空穴分布；随后，光生电子定位于V4+离子附近并转变为小极化子，而光生空穴转变为大极化子。其次，光生空穴持续地从块体漂移到表面，而电子极化子变得局域化，等待与弥散输运空穴的复合。经过这两个步骤，光生电子和空穴在2000 ps内完成了分离，空穴主要聚集在表面，电子位于晶体内部{120}面内。然而，{010}面周围的内置场比{120}面弱，这意味着可以驱动更少的电子和空穴在{010}面附近迁移。与电子强烈地从表面驱动到体内的{120}面相反，在{010}面附近的晶体表面观察到更大浓度的光生电子，导致电子和空穴的互补分布。因此，各向异性晶体面和形态对称性，加上高载流子迁移率，有助于面工程的BiVO4晶体高效光生电荷分离和优越的光催化活性。Visualizing ultrafast photogenerated electron and hole separation in facet-engineered bismuth vanadate crystals. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c10962高端测试，找华算 ！同步辐射全球机时三代光源，机时充裕，保质保量，最快一周出结果！
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