三元Fe3S4/ZnCdS/ZnS异质结能带设计提升光催化产氢性能研究

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Band design of ternary Fe 3S 4/ZnCdS/ZnS heterojunction for photocatalytic H 2 production

本文报道了一种通过简单研磨法制备的三元Fe3S4/ZnCdS/ZnS异质结光催化剂，其在乳酸溶液中的产氢速率可达4.36 mmol·g?1·h?1（可见光）和8.13 mmol·g?1·h?1（全光谱）。该异质结通过促进光生载流子（PCCs）分离与传输，显著提升光催化产氢活性，为高效可回收光催化剂设计提供了新思路。

　　

亮点

材料

四水合硝酸镉[Cd(NO₃)₂·4H₂O, ≥99%]、九水硫化钠(Na₂S·9H₂O, ≥98%)、乙醇、苯甲醇(≥99%)、甲酸(≥88%)和乳酸(≥85%)购自阿拉丁试剂有限公司。六水合三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)、乙二胺(EDA, 分析纯)购自国药化学试剂有限公司。硫脲(分析纯)、亚硫酸钠(分析纯)、乙二醇(分析纯)和硫代乙酰胺(99%)购自泰坦科技公司。所有化学品均直接使用未进一步纯化。

ZCS/ZnS的表征

固溶体光催化剂由两种或多种结构相似的晶体构成，其金属离子半径接近。如图1a所示，未添加锌时形成六方相CdS（JCPDS卡片号77-2306）。当锌镉摩尔比在0.1-0.5范围时，形成Zn_xCd_1-xS固溶体（JCPDS卡片号89-2943）。其XRD图谱与六方CdS和立方ZnS（JCPDS卡片号72-0162）的标准卡片不完全匹配。随着锌镉比例增加，衍射峰逐渐向高角度偏移，表明锌成功掺入CdS晶格。

结论

通过溶剂热法制备了一系列ZCS和ZCS/ZnS材料，并采用研磨法将ZCS/ZnS纳米簇负载于Fe₃S₄微花表面构建三元FS/ZCS/ZnS异质结。Fe₃S₄助催化剂的负载显著提升了复合材料产氢活性，其中10% FS/ZCS/ZnS在可见光下产氢速率达4.36 mmol·g^?1·h^?1，全光谱下达8.13 mmol·g^?1·h^?1。该异质结有效促进光生载流子分离，为高效可回收光催化剂设计提供了新策略。