在光催化反应中，S型异质结可以有效促进光生载流子的分离效率，显著提高氧化还原能力，从而显著提高光催化性能和适用性。然而，在光催化过程中，空穴的转移速率比电子的转移速率慢约4个数量级。氧化半反应的缓慢动力学导致光生载流子的高重组速率，从而限制了光催化过程的整体效率。

因此，提高空穴的运输动力学(限速步骤)可以提高活性电子密度，为开发用于光催化制氢和固氮作用的高效光催化剂提供了研究方向。但是，目前针对加速空穴消耗以提高光生载流子分离效率的研究相对较少。

近日，新疆大学曹亚丽和胡金豆等采用原位构建策略在TiO₂负载的Cu₂O/TiO₂ S型异质结上构建了超小型NiO(≈2 nm)，从而同步提高了光催化固氮作用和制氢性能。

实验结果显示，制备的T-N-CuNi催化剂在300 W Xe灯照射下持续反应5小时后，H₂的生产速率达到75.2 mmol g^-1 h^-1，并且经过三次循环反应后的H₂生产速率没有明显下降。

此外，对于光催化N₂转化为NH₄⁺，在可见光照射下反应2小时，T-N-CuNi的光催化NH₄⁺产率高达1233 μmol g^-1；连续反应6小时后NH₄⁺产率和催化剂的结构都未发生明显变化。

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原位光谱表征和理论计算表明，在光催化反应过程中，TiO₂吸收光产生空穴和电子，然后快速分离和转移。其中，空穴被限制在NiO周围，并与CH₃OH反应形成CH₃O^–；同时，Cu₂O/TiO₂ S异质结诱导的Cu₂O导带中富集了具有强还原能力的光生电子。在富电子Cu位点，质子和吸附的N₂分别还原为H₂和NH₄⁺。

因此，NiO和Cu₂O分别负责氧化半反应和还原半反应，共同提供高效的活性位点，以实现T-N-CuNi上超高的H₂和NH₄⁺产率。总的来说，该项工作为光催化剂材料结构设计提供了一种新的方法，为高性能异质结材料的开发和性能提升提供了有价值的见解。

Reinforced hole trapping in S-scheme photoharvesters for markedly enhanced photocatalytic hydrogen evolution and nitrogen fixation. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202502690