双硫空位修饰1T-WS2 /Cd0.5 Zn0.5 S异质结的光催化制氢性能强化机制研究

针对传统Cdx Zn1-x S光催化剂载流子复合快、活性位点不足等问题，研究人员通过构建双硫空位（WSv /CZSv ）异质结，实现3060.63 μmol·g-1 ·h-1 的制氢效率，较纯CZS提升9.83倍。该工作揭示了双缺陷协同提升载流子分离效率与优化氢吸附自由能的新机制，为高效光催化剂设计提供新思路。

　　

随着化石能源消耗引发的环境危机加剧，开发清洁高效的氢能技术成为全球共识。光催化水分解制氢因其零碳排放特性备受关注，但核心瓶颈在于传统催化剂如Cd_x
Zn_1-x
S存在载流子复合快、活性位点稀缺等问题。尽管缺陷工程和助催化剂负载被证明能部分改善性能，但单一改性策略效果有限。尤其值得注意的是，不同硫空位之间的协同作用机制尚未阐明，这成为制约光催化效率进一步提升的关键科学问题。

针对这一挑战，国内研究人员通过溶剂热-水热联用技术，首次构建了双硫空位修饰的1T-WS₂
/Cd_0.5
Zn_0.5
S（WS_v
/CZS_v
）肖特基异质结。该工作创新性地将硫空位同时引入半导体主催化剂（CZS_v
）和金属性助催化剂（WS_v
），通过电子顺磁共振（EPR）和高分辨透射电镜（HRTEM）确证了双缺陷的存在。优化后的催化剂在可见光下展现出3060.63 μmol·g^-1
·h^-1
的制氢速率，较原始CZS提升近10倍，且循环稳定性超过90%。相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为多缺陷协同调控光催化过程提供了范式。

研究团队采用多项关键技术：通过水热法合成硫空位Cd_0.5
Zn_0.5
S（CZS_v
），溶剂热法制备缺陷型1T-WS₂
（WS_v
）；利用电化学阻抗谱（EIS）和稳态荧光（PL）分析载流子动力学；结合紫外光电子能谱（UPS）与莫特-肖特基（M-S）测试阐明能带排列；采用密度泛函理论（DFT）计算氢吸附自由能。

Nanostructures and Chemical Compositions
XRD证实WS_v
保留1T相特征峰（9.09°对应002晶面），CZS_v
的衍射峰宽化表明硫空位引起晶格畸变。XPS显示WS_v
/CZS_v
中W⁴⁺
和Zn²⁺
结合能负移，证实电子从CZS_v
向WS_v
转移。

Conclusions
双缺陷体系通过三重协同效应实现性能突破：硫空位捕获电子延长载流子寿命；抬高的肖特基势垒抑制电子反向迁移；1T-WS₂
的金属导电性加速电荷传输。DFT计算揭示双缺陷使电子聚集在硫空位和边缘位点，将氢吸附自由能优化至近热中性值（-0.12 eV）。

该研究的突破性在于首次阐明双硫空位在异质结中的协同机制：CZS_v
的硫空位作为电子陷阱减少复合，WS_v
的硫空位暴露更多配位不饱和钨原子作为活性位点。这种"缺陷-界面"双调控策略为新一代光催化剂设计提供了理论依据和技术路径，对推动氢能产业化具有重要意义。