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为解决 CdS 光腐蚀及光生载流子空穴复合快等问题，研究人员构建 CdS/CQDs 三维复合材料，研究其光催化降解天然木质素性能与机理。结果显示该材料 60 分钟内几乎完全降解 AL，效率是 P25 的 20 倍，为相关领域提供新思路。
在能源与环境问题日益严峻的当下，化石资源过度开发导致的短缺与污染成为全球难题。木质素作为地球上唯一可再生的芳香族化合物，虽储量丰富却因结构复杂难以高效利用，多数在造纸和生物炼制中被当作废弃物排放，造成资源浪费与环境压力。半导体光催化降解木质素被视为解决这一问题的重要途径，其中硫化物催化剂因降解速率高、能带结构适宜备受关注，但 CdS 等典型材料存在可见光吸收不足、活性位点少、光生载流子分离效率低、易团聚，尤其是严重的光腐蚀问题，极大限制了其工业应用。如何突破这些瓶颈，开发高效稳定的光催化材料成为学界亟待攻克的课题。
为应对上述挑战，研究人员开展了 CdS 基复合材料的研究。虽然文中未明确提及具体研究机构，但从使用的试剂供应商多为国内公司（如上海麦克林生化科技有限公司、天津科密欧化学试剂有限公司等）推测，研究可能由国内团队主导。他们致力于构建新型 CdS/CQDs（碳量子点）三维复合材料，探索其对天然木质素的光催化降解性能及作用机制，相关成果发表在《Dyes and Pigments》。
研究采用的主要关键技术方法包括：通过二次水热法制备球形 CdS 微球，再利用原位负载技术将从木质素中提取的 CQDs 负载到 CdS 微球表面，形成 CdS/CQDs 复合材料。借助 XRD（X 射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）、EDS（能量色散 X 射线光谱）、BET（比表面积测定）、XPS（X 射线光电子能谱）、UV-Vis DRS（紫外 - 可见漫反射光谱）、PL（光致发光光谱）及电化学分析等手段对材料进行表征，运用液体紫外 - 可见分光光度计测试其光催化性能。
材料合成与表征
通过调控 CdS 在不同溶剂（甲醇、乙二醇、乙二胺、环己醇）中的晶体生长取向，确定最佳晶型生长方向。以乙二胺为溶剂合成的 CdS 沿 (100) 和 (101) 晶面生长，为后续 CQDs 负载奠定基础。原位负载 CQDs 后形成的三维复合材料，经表征显示其具有更可调的能带结构，导带位置比纯 CdS 更负，有利于光生载流子的分离与传输。
光催化性能研究
CdS/CQDs 复合材料在可见光下对碱木质素（AL）的降解表现优异，60 分钟内几乎完全降解 AL，降解效率达商业催化剂 P25（k=0.037/min-1，反应级数为一级）的 20 倍，且长期储存后仍保持高活性。研究表明，CQDs 的引入不仅拓宽了材料对可见光的吸收范围（将近红外光转化为高能可见光），还诱导了 CdS 的硫空位生成和相变重排，改变了导带与价带位置，显著抑制了光生空穴与载流子的复合，从而大幅提升催化效率。
作用机制分析
一系列表征结果揭示，CdS/CQDs 异质结的形成优化了能带结构，CdS 的窄带隙（2.4 eV）使其在可见光区有强吸收，而 CQDs 作为电子受体加速了光生电子的转移，减少复合损耗。同时，硫空位的存在增加了活性位点，促进了木质素分子的吸附与氧化分解。这种协同作用使得复合材料在光催化降解木质素过程中展现出高效性与稳定性。
研究结论表明，CdS/CQDs 三维复合材料通过结构设计与成分优化，有效解决了纯 CdS 的光腐蚀和载流子复合难题，为木质素的高值化利用提供了新策略。该工作不仅拓展了硫化物基光催化剂的应用场景，也为开发高效环保的生物质转化技术奠定了基础，对缓解能源危机与环境污染具有重要的科学意义和实际应用潜力。未来，进一步优化材料制备工艺、探索其在复杂体系中的催化行为，有望推动该类材料向工业化应用迈进。
