WO3 /ZnIn2 S4 纳米片异质结的构建及其高效太阳能光催化产氢性能研究

针对光催化产氢过程中光生电子-空穴复合率高的问题，研究人员通过一步法构建了WO3 /ZIS II型异质结。该材料通过促进电子迁移、抑制载流子复合，实现了33.7 mmol·g?1 ·h?1 的高效产氢速率，为清洁能源开发提供了新策略。

　　

随着化石能源危机加剧，开发清洁可再生的氢能成为全球焦点。半导体光催化分解水产氢技术因能直接利用太阳能而备受关注，但传统催化剂普遍存在载流子复合率高、光谱响应范围窄等瓶颈。金属硫化物ZnIn₂
S₄
(ZIS)虽具有适宜带隙和良好稳定性，但其单一组分的光催化效率仍难以满足实际需求。

浙江理工大学的研究团队在《Molecular Catalysis》发表的研究中，创新性地通过低温油浴法构建了WO₃
/ZIS纳米片异质结。该工作通过UV-Vis DRS（紫外-可见漫反射光谱）和XPS（X射线光电子能谱）证实材料符合II型异质结特征，最优配比的WO₃
/ZIS-2在模拟太阳光下产氢速率达33.7 mmol·g^?1
·h^?1
，较纯ZIS提升10.5倍。

关键技术包括：采用HR-TEM（高分辨透射电镜）观察0.317 nm（WO₃
的(200)晶面）和0.42 nm（ZIS的(006)晶面）的晶格条纹；通过光电流测试验证载流子分离效率；使用TEOA（三乙醇胺）作为空穴牺牲剂。

【结构表征】HR-TEM显示WO₃
颗粒嵌入ZIS纳米片形成分层结构，XPS证实W⁶⁺
和In³⁺
的化学态变化，表明异质界面电子相互作用。
【性能优化】当WO₃
:ZIS摩尔比为1:2时，复合材料表现出最高光电流响应和最小电化学阻抗。
【机制分析】II型能带排列使电子从ZIS导带迁移至WO₃
，空穴反向转移，有效抑制复合。

该研究不仅证实WO₃
/ZIS异质结的协同效应，更通过简易制备方法为设计高效光催化剂提供新思路。其意义在于：1）阐明II型异质结促进电荷分离的物理机制；2）开发出成本低廉、稳定性好的非贵金属催化剂；3）推动太阳能-氢能转化技术的实际应用。研究获得浙江省自然科学基金（LGF22D060009等）和国家自然科学基金（21606198）支持。