通过调控ZnIn2S4中的能带结构和内部极化，实现载流子分离的协同增强，并提高压电光电化学（Piezo-PEC）水分解技术的性能

《Journal of Materials Chemistry C》：Tailoring energy bands and internal polarization in ZnIn2S4 for synergistic enhancement of carrier separation and high-performance Piezo-PEC water splitting

ZnIn2S4光解水性能受限于弱光吸收和极化不足，本研究通过Cu-Fe共掺杂优化材料。Cu占据Zn位形成中间能级促进载流子传输，Fe掺杂In位重构极化结构增强极化效应，协同实现带隙缩小（2.49→2.36 eV）、载流子分离效率提升及超声极化增强，使光阳极电流密度达0.664 mA/cm2，较未掺杂样品提升42%。实验与DFT验证了掺杂对材料能带结构和极化调控的协同作用，超声辅助极化与光生场耦合实现三重优化（能带工程、极化调控、超声极化），为超声极化光催化体系提供新理论框架。

　　

ZnIn₂S₄是一种具有潜力的光电催化材料，但其水分解性能受到较弱的光吸收能力和不足的极性调节的限制。因此，本研究提出了一种Cu–Fe共掺杂策略来改进ZnIn₂S₄的性能：Cu被引入Zn位点（A位点），形成中间能级的带隙，从而促进电子转移；Fe被掺入In位点（B位点），显著影响材料的内部极性结构，两者共同作用以优化催化活性。实验结果表明，共掺杂使带隙从2.49 eV减小到2.36 eV，并通过极性结构的重构增强了压电响应。在压电激发下，Cu–Fe共掺杂的ZnIn₂S₄光阳极在1.23 V（RHE）时的电流密度达到0.664 mA cm^?2，比未经改性的样品（未经过超声处理）提高了42%。实验和密度泛函理论（DFT）分析证实，Cu/Fe在ZnS₄/InS₄四面体中的替代改变了极性结构。超声辅助作用增强了偶极电场强度，产生的压电极化场有效抑制了光生电子-空穴复合。同时，共掺杂导致的带隙缩小构建了快速的载流子传输通道，降低了电子转移障碍。该研究通过超声诱导的极化与光生场的协同作用，实现了载流子的定向迁移和高效分离，整合了能量带工程、内部极性调节和压电极化三个方面的优化措施。这为压电材料的宏观极化机制提供了新的见解，并为压电光电催化（Piezo-PEC）系统的优化建立了理论框架。