CoO/Zn0.5Cd0.5S异质界面电荷调控实现光催化产氢与污水同步净化

《RARE METALS》：Boosted interfacial charge transfer on CoO/Zn0.5Cd0.5S for simultaneous photocatalytic H2 production and sewage purification

研究人员开发了新型2D/0D CoO/Zn0.5Cd0.5S异质界面催化剂，通过简易杂交技术实现太阳能驱动的同时产氢和有机污染物降解。优化后的催化剂在可见光下产氢速率达2688 μmol g?1 h?1，为纯Zn0.5Cd0.5S的25倍，并同步净化罗丹明B染料。研究通过原位XPS、fs-TA光谱等技术证实异质界面内建电场促进载流子分离，为低成本光催化剂设计提供新思路。

　　

利用太阳能通过光催化同时实现氢气析出和含有机污染物污水净化，是可持续能源转换和环境保护的有效策略。本研究通过简易杂交技术构建了创新的二维/零维(2D/0D)CoO/Zn_0.5Cd_0.5S异质界面催化剂。该催化剂在含无机牺牲剂(S²/SO₃^2–)、超纯水及罗丹明B(Rhodamine B, RhB)染料的溶液中均能进行光催化产氢。值得注意的是，优化后的2D/0D 5% CoO/Zn_0.5Cd_0.5S催化剂在可见光照射下表现出2688 μmol g^?1 h^?1的卓越产氢速率，较纯Zn_0.5Cd_0.5S提升约25倍，且在产氢同时可高效净化RhB染料。超薄CoO纳米片均匀分散Zn_0.5Cd_0.5S纳米颗粒，提供大量催化活性位点。原位X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)分析阐明光催化过程中光生电子从层状CoO向Zn_0.5Cd_0.5S中的Zn、Cd元素转移。光致发光光谱(Photoluminescent spectra)、飞秒瞬态吸收光谱(femtosecond transient absorption, fs-TA)、光电化学测量、紫外光电子能谱(ultraviolet photoelectron spectroscopy)及第一性原理计算进一步证实，异质界面处的内建电场有效增强了光生电子-空穴对的分离与迁移效率。本研究为开发经济型光催化剂以实现高效产氢与有机污染物同步降解提供了重要见解。