相比于单一半导体，异质结能够有效促进光生电荷的空间分离并延长载流子寿命。直接Z型异质结是理想的全解水光催化剂形式之一。C₃N₄的价带电位约为+1.6 V vs. NHE (pH 0)，在热力学上限制了其产氧性能，将C₃N₄与具有较强氧化电势的半导体复合构建Z型异质结，有利于提高光催化效率。构建直接Z型的关键在于对界面电荷传输路径的精确控制。天津大学化工学院邹吉军教授、潘伦副教授课题组通过调控钒酸铋的氧缺陷浓度可有效改变其功函数，进而改变异质结界面处的能带弯曲方向以选择性控制光生载流子的传递路径，使II型结转变为Z型结，显著提升催化分解水产氢活性。BiVO₄-100/C₃N₄在AM1.5模拟太阳光照下表现出了优良的水分解活性及稳定性，H₂¹⁸O同位素实验进一步验证了所得O₂来源于水的直接分解。上述结果表明，通过调节半导体缺陷可以有效改变其功函数，进而改变异质结界面处的能带弯曲方向以选择性控制光生载流子的迁移路径，并以此为基础构建高效的直接Z型光催化体系。与II型异质结不同，直接Z型BiVO₄/C₃N₄实现了高效的光催化全解水，且420 nm处的表观量子效率为4.4%。相关成果以“Engineering interfacial band bending over bismuth vanadate/carbon nitride by work function regulation for efficient solar-driven water splitting”为题发表在Science Bulletin上。