纳米带可见光催化产氢新进展

来源：纳米人

太阳能驱动的半导体光催化剂分解水，是一种极具前景的产氢技术。关键问题之一在于，具有高可见光活性的优异光催化剂，不可多得。铜基四元硫化物由于其禁带宽度可调，具有良好的可见光吸收性能，已成为重要的光催化剂候选材料。

有鉴于此，中科大俞书宏院士设计了一种极具前景光催化剂，即单晶纤锌矿CZIS纳米带（NBs），由无毒、富含稀土的元素组成，在可见光范围内具有很高的吸收效率。

DFT计算

研究人员基于第一性原理密度泛函理论（DFT）计算，确定了在光催化析氢反应（HER）中，纤锌矿CZIS的（0001）面具有最小的吉布斯自由能变化。根据Bell-Evans-Polanyi原理，（0001）面对于HER具有最低的能垒，这将有助于制氢。

图1. DFT计算

材料合成

研究人员设计了一种简单的胶体方法来合成暴露（0001）面的单晶纤锌矿CZIS 纳米带，以及由油胺（OLA）和1-十二烷硫醇（DDT）辅助修饰的暴露的（0001）面的纤晶纤锌矿CZGS 纳米带。

图2. 纳米带表征

光催化性能

研究表明，所制备的纳米带光催化剂表现出优异的组成依赖性光催化性能，在不使用助催化剂，可见光（λ> 420 nm）的情况下，CZIS和CZGS 纳米带的最高产氢率分别达到3.35和3.75 mmol h-1 g-1，高于已报道的CZIS和CZGS光催化剂。

重要的是，纳米带在保存两个月后仍保持高稳定性和催化反应性。

图3. 光催化产氢性能

总之，这项研究为发展新型光催化产氢催化剂提供了新思路，CZIS和CZGS 纳米带优异的光催化性能进一步体现了半导体光催化剂的表面工程的重要性。

参考文献：

Wu, L., Wang, Q., Zhuang, T. et al. Single crystalline quaternary sulfide nanobelts for efficient solar-to-hydrogen conversion. Nat Commun 2002，11, 5194.

DOI：10.1038/s41467-020-18679-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18679-z