缺陷普遍存在于半导体光催化剂中，它形式多样，在光生载流子分离过程中扮演着多重角色：一方面缺陷可以捕获光生载流子，促进电荷分离；另一方面它又可以成为光生载流子的复合中心，降低电荷分离效率。因此，研究缺陷在光生电荷分离过程中的作用机制，对于提高太阳能光催化转换效率具有重要的指导意义。然而，由于光生电荷的分离过程发生于微纳米尺度，其寿命横跨12个数量级，探讨缺陷在这一过程中的重要作用是一项非常具有挑战性的工作。
研究人员利用时空分辨表面光电压光谱方法，探讨了Cu2O光催化颗粒近表面的捕获空穴本征缺陷VCu和捕获电子人造缺陷H-VCu在光生电荷分离方面的作用机制。
研究表明，近表面100nm之内的缺陷种类主导光催化剂表面的载流子分布类型，进而决定其光（电）催化性能。当近表面区以H-VCu为主导时，光生电子被该缺陷捕获，克服Cu2O半导体内建电场本身对光生电子的驱动作用，使得SPV信号反转。Cu2O瞬态SPV表明，在高于带隙的光激发下，长时间尺度上本征缺陷会增加光生载流子的寿命，而人造缺陷则会克服内建电场的作用，造成电荷分离方向的反转。接下来，研究团队团队通过断层扫描光电压成像方法发现，H-VCu缺陷主要存在于100nm的区域内，会使Cu2O内建电场由1.3kV/m增至4.2kV/m；光生电荷分离过程是H-VCu缺陷和内建电场的共同作用，随着深度的增加，电荷分离会由H-VCu缺陷主导过渡到由内建电场主导。
本项工作在光电催化的缺陷态促进电荷分离研究方面具有重要意义。
相关链接：DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04245
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