光催化效率的提升和实际应用受到单组分半导体光生载流子快速重组的限制。构建能级匹配的人工光合成体系（Z型异质结）是增强光催化性能的有效策略。然而，由于缺乏稳定的界面驱动力和明确的电荷转移通道，电荷分离和传输的效率仍然不令人满意。此外，异质结界面上实际发生的光化学反应机制也受到较少关注。

近日，中国地质大学（北京）黄洪伟教授、田娜副教授等人，制备了具有短氢键和强界面电场的2D/2D BiOBr@NiFe-LDH （BNF）Z型结，并揭示了原位光诱导金属物种辅助电荷转移的机制。

实验结果与理论计算表明：BiOBr的O原子和NiFe-LDH的H原子形成了大量强或中强结合力的短界面氢键，诱导了显著的界面电荷再分配，因此构建了强大的界面电场。此外，光催化反应中，Bi⁰和Ni⁰在异质结中原位形成，并分别作为电子传输介质和电子阱加速电荷传输。所合成的Z型异质结2-BNF在过硫酸盐活化降解盐酸四环素上表现出优异的光催化活性（7 min内去除率为88.3 %），电荷转移效率高达71.2 %。

通过静电自组装法制备了2-BNF，SEM与TEM揭示了2D BiOBr与2D NiFe-LDH之间形成大面积接触良好的界面。HRTEM表明异质界面由BiOBr的{001}晶面与NiFe-LDH的{001}晶面相耦合形成。此外，红外光谱证明了界面氢键的形成。

与单一BiOBr和NiFe-LDH相比，所制备的2-BNF表现出显著增强的光催化活性（6.4和10.3 倍），并在过硫酸盐存在的条件下实现了进一步提升，达到了分钟级降解效率。该性能超过了大多数已报道的催化剂体系。

DFT计算进一步证明了氢键的存在，并揭示了界面电荷转移机制。氢键能够作为原子级电荷传输通道。功函数与差分电荷密度的计算表明，BiOBr和NiFe-LDH接触后，诱导了界面电荷再分布，形成由NiFe-LDH指向BiOBr的内建电场。原位XPS表明在光照下金属物种Bi⁰、Ni⁰的形成。另外，Bi⁰的形成能够进一步增强界面电场。氢键、强界面电场以及金属物种的协同作用显著加速了Z型电荷传输并实现了有效的空间电荷分离。

飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）证明了Z型电荷转移机制，并揭示了光照促进异质结电子离域的机制，有利于提升电子的利用率与反应活性。衰减动力学拟合也显示，异质结的形成促进了光生电子在界面处快速转移，并抑制了载流子重组。辐照后的2-BNF的衰减动力学表明，绝大部分电子处于扩散的离域状态，并受到金属颗粒捕获的影响。

本文为构建异质结功能性界面以及研究光催化界面反应的机制提供了见解，有望为发展高效的异质结催化剂提供参考。