小知识 || Z-scheme异质结和Type Ⅱ异质结的区别与联系

Z-scheme异质结介绍

在此我们只介绍Z-scheme异质结中的直接Z-scheme异质结，即具有合适能带结构的半导体之间的复合形成的异质结结构，其由于费米能级的不同，电子和空穴在交界处通过重组分离并且电子传输途径像字母“Z”[1]。

这使得Z-scheme异质结保留了更高的氧化还原电位。相比于Type Ⅱ异质结，Z-scheme异质结中的光生载流子在迁移过程中有一半发生了复合，导致了该复合材料光催化效率较低，如图1所示。
图1 直接Z-scheme异质结[2]
Type Ⅱ 异质结的介绍
合适能带结构的半导体之间的复合形成的异质结结构，由于其费米能级的不同，在费米能级持平以后，其具有较高氧化电位的空穴转移到具有较低氧化电位的半导体价带（VB）上，同样电子是由较高还原电位的半导体转移到较低还原半导体的导带上（CB），如图2所示[2]。

相比于直接Z-scheme异质结，Type Ⅱ异质结电子和空穴的复合较少，具有更高的光催化效率，但其氧化还原电位较低。
图2 Type Ⅱ异质结
形成二者的本质区别
无论是直接Z-scheme异质结还是Type Ⅱ异质结其形成的过程都是由于费米能级的不同，在接触以后费米能级会发生持平，最后使得能带弯曲导致形成异质结（Z-scheme和Type Ⅱ异质结）。

其中直接Z-scheme异质结的形成是由于具有较高费米能级的半导体在费米能级较低以后，能带发生的向上弯曲。
而相反，具有较低费米能级的半导体在接触以后费米能级抬高导致能带向下弯曲。所形成Z-scheme异质结。相反，二者的费米能级相反，其导致Type Ⅱ异质结的形成。
例：Boron doping induced charge transfer switching of a C₃N₄/ZnO photocatalyst from Z-scheme to type II to enhance photocatalytic hydrogen production
注释：CN：表示C₃N₄；BCN4：表示B掺杂的C₃N₄.
从图3可以看出，在接触前，CN的费米能级高于ZnO，而BCN4的费米能级低于ZnO。接触以后，如图3左所示，由于CN的费米能级和ZnO费米能级要发生移动，导致CN的能带向上弯曲，ZnO的能带向下弯曲，促使Z-scheme异质结异质结的形成。相反，则形成Type Ⅱ异质结。
图3 由Z-scheme异质结向Type Ⅱ异质结的转变
参考文献：[1]. Small Methods. 2017, 1,1700080[2]. Adv. Mater. 2017, 29, 1601694

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