催化学报 ›› 2026, Vol. 88: 5-8.DOI: 10.1016/S1872-2067(26)65123-6
朱君江a,*(
), 许凯强b,*()
Junjiang Zhua,*(), Kaiqiang Xub,*()
摘要： 利用太阳能驱动的光催化反应制备过氧化氢(H2O2), 因其环境友好且成本低廉, 已成为获取高附加值H2O2的一种极具前景的策略. 然而, 传统的单一组分光催化剂通常存在光吸收能力不足、光生载流子极易复合的问题, 严重制约了光催化产H2O2的效率. 将能级结构匹配的有机/无机半导体复合在一起构建S-型异质结, 能在提高电荷分离效率的同时最大限度地利用太阳能, 是增强光催化性能的有效途径. 迄今为止, 研究人员已利用多种表征手段, 在不同的光催化体系中证实了S-型异质结无需电子媒介即可直接在界面间进行电荷转移. 然而, 关于界面电荷传输路径在原子尺度上的基本机制, 目前的理解十分有限.
+针对这一问题, 深圳技术大学苏耀荣教授团队和中国地质大学(武汉)余家国教授团队合作, 采用简单的一步水热法构建了一种具有界面Ni-S键的硫化镉/酞菁镍(CdS/NiPc)S-型光催化剂, 旨在从原子尺度揭示界面化学键在电荷迁移过程中的重要作用. 利用原位非均相成核方法制备的CdS/NiPc光催化剂具有紧密接触的界面, 这为界面Ni-S键的形成提供了先决条件. 结果表明, 界面Ni-S键通过Ni 3d -S 3p轨道的杂化, 形成了原子级的电荷转移通道, 显著地促进了S-型异质结界面处电荷的定向迁移. X-射线吸收精细结构、原位辐照X-射线光电子能谱以及飞秒瞬态吸收光谱共同证实了Ni-S键的存在以及S-型电荷传输路径. 此外, 密度泛函理论计算和电子顺磁共振光谱结果显示, Ni 3d-S 3p 轨道杂化诱导了O2吸附模式从Yeager型调整为Pauling型, 抑制了O-O键的断裂, 稳定了关键的*OOH中间体, 从而大幅提升两电子氧还原产过氧化氢的选择性. 得益于加速的电荷动力学、增强的光吸收和被抑制的光腐蚀, 优化后的CdS/NiPc-10%样品在可见光下展现出优异的H2O2产率(34.4 mmol·L−1·g−1·h−1), 是纯CdS的3.7倍, 且在四次循环后仍保持91.1%的活性, 表现出优异的循环稳定性和抗光腐蚀能力.
+综上, 该研究通过简单的原位生长方法构建了CdS/NiPcS型异质结光催化剂, 并展示了其在光催化产H2O2中的高效活性; 更重要的是, 该研究从原子层面揭示了界面化学键在构建原子级S-型电荷传输通道和调控氧还原反应路径中的关键作用, 为高效、高选择性H2O2光合成催化剂的设计提供了新的理论依据和实验指导.
