近日，bbin宝盈游戏官网颗粒技术研究所杨晓红副教授带领员工在光催化水分解析氢方向取得重要研究进展。为了解决CdS光催化剂的光腐蚀问题，该团队开发了一种g-C3N4包覆CdS的二元核壳光催化剂。研究发现，在CdS表面化学气相沉积g-C3N4的过程中，随着退火温度的升高，CdS的主要暴露晶面将由（001）面变为(110) 面，并与g-C3N4形成S型异质结。CdS（110）面的价带与g-C3N4（001）的导带间形成的内建电场加速了来自CdS的光生电子与来自g-C3N4的光生空穴之间的复合，促进了g-C3N4表面光生电子与空穴的分离与传输，从而产生了优异的光催化HER性能。该工作从晶面工程的角度，结合DFT第一性原理计算揭示了半导体异质结促进带隙匹配，从而大幅度提高光催化水分解析氢性能的机理。相关研究成果以“Band Alignment Tunning via the Facets of CdS Nanocrystals with g-C3N4 for Unveiling Their Enhanced Photocatalytical Property”为题发表于国际顶级期刊Advanced Functional Materials。该研究成果以bbin宝盈游戏官网为第一完成单位，bbin宝盈游戏官网21级硕士研究生张友超和23级博士研究生冉晓黎为共同第一作者，bbin宝盈游戏官网杨晓红副教授为通讯作者。
光催化水分解析氢技术可以通过将太阳能转化为可储存和方便运输的氢能来缓解全球能源和环境问题。高效催化剂对促进光催化反应过程至关重要。具有适当带隙的半导体材料已被广泛研究，包括通过控制组分、形态和缺陷等。构建具有两种或多种半导体的异质结可以提供一种有效的策略来优化催化剂的电子结构、光响应、电荷分离和表面反应。光生电子和光生空穴的有效分离本质上可归因于异质半导体接触后带来的能带匹配。大量研究报道了不同纳米材料接触形成的不同能带排列，较少研究关注与半导体晶体晶面相关的能带排列。该工作提出了一种由特定暴露晶面引起的异质半导体能带匹配策略，为优化复合物半导体的光催化性能提供了新思路。bbin宝盈游戏官网分析测试中心为本文的数据采集和表征工作提供了重要帮助。
图1 CdS@g-C3N4核壳结构光催化剂晶体结构与能带结构研究
图2 DFT计算异质催化剂的电子结构与能带位置
图3 CdS@g-C3N4核壳结构光催化水分解析氢机理研究
全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202404585
