CdS/ZnS 1D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑用于高效光催化制氫

光催化水分解產(chǎn)氫作為一種綠色，低能耗的制氫方法正在成為探索清潔能源的一種有吸引力的方法受到越來越多人的關(guān)注。該技術(shù)的發(fā)展所面臨的一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是開發(fā)高效和穩(wěn)定的光催化劑。目前，I/II型異質(zhì)結(jié)能夠有效地提高了光催化活性，但是其光生電子和空穴的氧化還原能力被削弱，這不利于光催化產(chǎn)氫。相比之下，Z-型異質(zhì)結(jié)不僅促進(jìn)了光生載流子的分離，而且保持了強(qiáng)的光催化析氫的氧化還原能力。

基于此，寧波工程學(xué)院楊為佑和湖南大學(xué)滕杰等在常溫空氣環(huán)境(即室溫和大氣壓力)下制備了CdS/ZnS 1D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑(CdS-NSs/ZnS-NPs)，其中ZnS納米顆粒均勻錨定在CdS納米片的表面上。

光催化制氫性能測試結(jié)果顯示，所制備的CdS-NSs/ZnS-NPs異質(zhì)結(jié)在可見光照射(λ>400 nm)下提供顯著增強(qiáng)的光催化析H2速率(14.02 mmol h-1g-1)，分別比純的CdS NSs和CdS NPs高約10倍和85倍，并優(yōu)于迄今為止報道的大多數(shù)基于CdS的光陽極。此外，CdS-NSs/ZnS-NPs異質(zhì)結(jié)還具有優(yōu)異的光催化穩(wěn)定性，其能夠連續(xù)進(jìn)行光催化反應(yīng)58小時而沒有發(fā)生性能下降，這突出了它們的實(shí)際應(yīng)用潛力。

基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算，研究人員提出提高光催化活性的關(guān)鍵在于:1.所形成的1D/2D異質(zhì)結(jié)提供了足夠的活性位點(diǎn)以響應(yīng)光照，同時也為光生載流體通過晶體CdS NSs基質(zhì)實(shí)現(xiàn)有效分離和轉(zhuǎn)移提供了途徑；2.所構(gòu)建的II型和Z型混合異質(zhì)結(jié)受到Zn空位缺陷能級的誘導(dǎo)，從而提高了ZnS價帶的能級。

因此，這種異質(zhì)結(jié)在抑制CdS光腐蝕重組中起著關(guān)鍵作用，從而使得光催化性能得到增強(qiáng)。這項(xiàng)工作有可能為大規(guī)模生產(chǎn)具有合理結(jié)構(gòu)的先進(jìn)光催化劑提供了有效的策略，從而實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的可見光驅(qū)動的光催化析H2技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

審核編輯：郭婷