S型異質結在光催化領域展現出巨大潛力，但其電荷轉移機制仍缺乏深入而全面的理解。盡管時間分辨技術已提供了重要見解，光催化反應本質上仍主要發生于材料表面，因此，從空間分辨角度深入探究其電荷轉移機制顯得尤為必要。開爾文探針力顯微鏡（KPFM）憑借其納米級分辨率的表面電勢表征能力，為該類機制的研究提供了獨特且強有力的技術手段。

近日，中國地質大學（武漢）余家國教授團隊通過原位生長成功制備了CdS/BiOBr異質結，并結合X射線光電子能譜（XPS）和飛秒瞬態吸收光譜（fs-TA）證實其S型異質結電荷轉移機理。該研究利用開爾文探針力顯微鏡（KPFM），揭示了S型異質結中空間分辨的電荷轉移動力學。在光照條件下，n型半導體費米能級（E _f）升高，但異質結中的內建電場（IEF）仍持續存在。電子在還原型半導體（RS）表面富集，使其表面光電壓（SPV）低于單一半導體；空穴則在氧化型半導體（OS）表面聚集，其SPV則高于單體材料。S型異質結顯著提升了電荷分離效率，分別較單一CdS和BiOBr多生成了11個光生電子和3722個空穴。該研究為深入理解S型異質結的空間分辨電荷轉移機制提供了關鍵依據。

總之，作者借助開爾文探針力顯微鏡（KPFM）技術，為S型電荷轉移路徑提供了確鑿證據，揭示了異質結表面電荷的空間分布特征。在光照條件下，基于n型半導體的S型異質結費米能級（E_f）升高；還原型半導體（RS）表面顯著積累電子，氧化半導體（OS）表面富集空穴，與S型異質結預期的SPV變化趨勢高度一致。該工作建立了S型異質結中SPV變化與費米能級偏移之間的完整理論框架，并為未來利用KPFM研究空間分辨電荷轉移機制提供了堅實的科學基礎。

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