由于有效的电荷分离，暴露于（010）和（100）表面的BiOIO3光催化剂在光催化实验中显示出高效率：光生电子迁移到（010）面，而空穴移动到（100）面。然而，如果考虑到从密度泛函理论计算得出的(010)和(100)表面两个热力学上最稳定的端部的能带取向，即使考虑到显式(010)/(100)结的形成，能带取向也与实验结果相反。

有鉴于此，意大利米兰-比可卡大学Gianfranco Pacchioni等人，提供了一个理论框架以在原子层面上理解(010)和(100)表面之间的异质结的性质。

本文要点

1）模拟了BiOIO₃光催化剂暴露（010）和（100）表面以促进电荷分离。纳米结构中不同表面的存在意味着存在着两相之间形成接触的区域。为此，模拟了不同的界面，在其中通过组合不同的表面终端建立了接触区域，以研究异质结对系统整体性能的影响。

2）界面效应是决定整体特性的主导因素。有趣的是，通过连接两个最稳定的表面终端获得的界面导致了与实验观察到的相反的能带排列。新的化学键在界面上导致一个热力学稳定的系统和一个显著的电荷转移。

3）通过结合两个(010)和两个(100)表面终端，构建了四种模型。使用键距、粘附能和电荷转移作为界面化学相互作用强度的指标。通过与实验测量结果的比较，可以推测BiO-(010)和Bi(I)O-(100)结的直接形成。

总之，为了使电荷分离有助于光活性的半导体材料的行为合理化，必须以原子的精度描述界面的形成，并将系统的整体热力学稳定性考虑在内。

参考文献：

Giovanni Di Liberto et al. Nature and Role of Surface Junctions in BiOIO₃ Photocatalysts. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202009472

https://doi.org/10.1002/adfm.202009472