S異質(zhì)結(jié)與非貴金屬助催化劑協(xié)同作用提高ZnO/CdS/MoS2光催化產(chǎn)氫性能光催化分解水產(chǎn)氫是一種理想的綠色能源的技術(shù)。CdS 作為一種典型的可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑，以其合適的禁帶寬度和足夠的 H + /H 2 還原潛力備受關(guān)注，而電子空穴的快速?gòu)?fù)合和較差的光穩(wěn)定性等缺點(diǎn)阻礙了其大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。在CdS材料眾多的改善策略中，將 CdS 與其它合適的半導(dǎo)體材料耦合，形成異質(zhì)結(jié)是加速電子空穴分離，增強(qiáng)光催化活性的可行策略。其中，S 型異質(zhì)結(jié)作為一種新興異質(zhì)結(jié)，可以在內(nèi)置電場(chǎng)以及庫(kù)侖引力的驅(qū)動(dòng)下，獲得較好的光生載流子分離效率，因而能保持氧化性半導(dǎo)體中空穴的強(qiáng)氧化能力和還原型半導(dǎo)體中電子的強(qiáng)還原能力， 越來(lái)越受到光催化研究人員的重視。ZnO半導(dǎo)體是一種氧化性半導(dǎo)體，具有較寬的禁帶寬度、比較正的價(jià)帶位置和較負(fù)的導(dǎo)帶位置，在可見(jiàn)光照射下表現(xiàn)出可忽略的光催化產(chǎn)氫性能。理論上，還原性半導(dǎo)體CdS可與ZnO形成 S 型異質(zhì)結(jié)材料，減少CdS中的電子-空穴復(fù)合率。此外，MoS2是一種高效的非貴金屬助催化劑，具有六方晶體結(jié)構(gòu)，將MoS2負(fù)載于CdS表面可以將CdS中的光生電子快速轉(zhuǎn)移到MoS2助催化，從而進(jìn)一步提高CdS的光催化活性。基于以上研究現(xiàn)狀和問(wèn)題，三峽大學(xué)李東升教授課題組在國(guó)際知名期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“A synergistic effect between S-scheme heterojunction and Noble-metal free cocatalyst to promote the hydrogen evolution of ZnO/CdS/MoS2 photocatalyst”的文章。該文報(bào)道了一種新型三元ZnO/CdS/MoS2 異質(zhì)結(jié)，其中ZnO，CdS，MoS2三者具有六方晶系結(jié)構(gòu)，有助于形成緊密接觸的異質(zhì)界面，從而促進(jìn)電子、空穴的轉(zhuǎn)移速率，提高CdS的光催化活性，加之，S異質(zhì)結(jié)與非貴金屬助催化劑的協(xié)同作用，有效地抑制電子-空穴對(duì)的復(fù)合，進(jìn)一步提高了CdS的光催化析氫性能。要點(diǎn)一：S異質(zhì)結(jié)與助催化劑協(xié)同作用提高光催化活性ESR實(shí)驗(yàn)揭示了S異質(zhì)結(jié)的機(jī)理。對(duì)照實(shí)驗(yàn)證實(shí)了S異質(zhì)結(jié)與助催化劑之間存在一定的協(xié)同作用，三組元異質(zhì)結(jié)的光催化活性遠(yuǎn)高于二元異質(zhì)結(jié)及單組元材料的光催化活性；熒光壽命實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了異質(zhì)結(jié)材料中電子壽命的Fig. ESR signals of DMPO-?OH (a) and DMPO-?O2– (b) under light irradiation.Fig. Room-temperature PL spectra excited at 370 nm (a); The time-resolved fluorescence decay curves of CdS, ZC-3 and ZCM-3 samples (b-d); LSV plots (e) and Tafel slops (f) of CdS, ZC-3 and ZCM-3 samples.要點(diǎn)二：相同的晶體有助于構(gòu)筑緊密結(jié)合的異質(zhì)界面理論計(jì)算表明，CdS功函數(shù)小于ZnO的功函數(shù)，兩者接觸時(shí)電子由CdS轉(zhuǎn)移到ZnO直至達(dá)到費(fèi)米能級(jí)的平衡態(tài)。因此，在界面區(qū)域形成由CdS指向ZnO的內(nèi)建電場(chǎng)，有助于后續(xù)ZnO中電子與CdS中空穴的復(fù)合，從而提高CdS的電荷分離效率。XPS分析結(jié)果進(jìn)一步證明了異質(zhì)結(jié)中電子的轉(zhuǎn)移。Fig. DFT calculated Fermi levels and work functions of (a) CdS (100) and (b) ZnO (101) planes.要點(diǎn)三：不同維度的三元異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑有助于電荷的轉(zhuǎn)移三元異質(zhì)結(jié)中，ZnO較寬的二維平面結(jié)構(gòu)，CdS的一維棒狀結(jié)構(gòu)及MoS2的超薄層狀結(jié)構(gòu)，三種不同維度的組元的結(jié)合有助于電荷的傳輸及分離，從而促進(jìn)光催化活性提升。Fig. The energy band arrangements of ZnO, CdS and MoS2 before and after contact.A synergistic effect between S-scheme heterojunction and Noble-metal free cocatalyst to promote the hydrogen evolution of ZnO/CdS/MoS2 photocatalysthttps://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130368李東升博士， 三峽大學(xué)教授， 博士生導(dǎo)師。湖北省二級(jí)教授，三峽學(xué)者特聘教授,；教育部新世紀(jì)人才，享受?chē)?guó)務(wù)院政府津貼專家、湖北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家；湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新群體負(fù)責(zé)人，國(guó)家級(jí)學(xué)科創(chuàng)新引智基地負(fù)責(zé)人，中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)礦物復(fù)合材料專業(yè)委員會(huì)委員兼副秘書(shū)長(zhǎng)，三峽大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任委員；主持國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目20余項(xiàng)，在Angew.Chem.Int.Ed.、J.Am.Chem.Soc.、ACS Catal.、ACS Nano、Small、 J. Mater.Chem.A.等期刊發(fā)表SCI收錄論文180余篇，ESI高被引論文累計(jì)23篇，被引9000余次，H因子52；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利15項(xiàng)，出版著作3部，獲省部級(jí)科技一、二等獎(jiǎng)6項(xiàng)。趙君 博士， 三峽大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。湖北省省高校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，湖北省杰出青年基金獲得者，湖北省化學(xué)化工學(xué)會(huì)青委會(huì)委員、無(wú)機(jī)化學(xué)化工專業(yè)委員會(huì)委員、三峽大學(xué)青年拔尖人才。主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目10余項(xiàng)；在Coord.Chem. Rev.、 J. Mater.Chem.A.、Chem.Commun.、Inorg. Chem.、Dalton Trans.等期刊發(fā)表SCI學(xué)術(shù)收錄論文100余篇，ESI1%高被引論文4篇，熱點(diǎn)論文2篇，被引3000余次 (h-index= 34)，擔(dān)任Chem. Commun.、Inorg.Chem.、Dalton、JSSC等期刊審稿人；主持教研項(xiàng)目3項(xiàng)，主編教材1部，獲湖北省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)。喬秀清博士，三峽大學(xué)副教授， 碩士生導(dǎo)師。主要從事太陽(yáng)能光催化降解有機(jī)染料、光催化制備清潔能源等方面的科學(xué)研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金，湖北省教育廳等項(xiàng)目。以第一及通訊作者在國(guó)際著名期刊J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., ACS Sustain. Chem. Eng., Chin. J. Catal., 等發(fā)表SCI論文20余篇，授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)。http://ldsktz.ctgu.edu.cn/index.htm
