功能化碳纳米管与CdS界面Cd-N键构筑及其增强光催化析氢性能研究

为解决光催化中碳材料与半导体界面化学键构建难题，研究人员通过胺表面改性制备CNTm/CdS纳米复合材料，利用Cd-N键增强界面相互作用，实现9.6%的420 nm表观量子效率（AQE），并结合亲水性优化提升催化稳定性，为高效碳/硫族化物复合光催化剂设计提供新思路。

　　

随着全球能源危机与气候变化加剧，光催化分解水制氢技术成为绿色能源研究热点。CdS因其可见光响应和合适的能带位置被视为理想光催化剂，但载流子复合严重、稳定性差等问题制约其应用。传统贵金属助催化剂虽能提升性能，高昂成本却限制推广。碳纳米管(CNT)凭借优异导电性和稳定性成为经济替代品，但其易团聚特性及与半导体弱界面相互作用仍是瓶颈。针对这一挑战，清华大学的研究团队创新性地通过有机胺表面改性构建Cd-N键增强的CNTm/CdS复合材料，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究采用胺改性碳纳米管(CNTm)与CdS复合，通过X射线吸收精细结构(EXAFS)和原位X射线光电子能谱(ISI-XPS)验证界面Cd-N键形成，结合密度泛函理论(DFT)计算阐明电荷转移机制。亲水性测试显示改性后材料分散性显著提升。

Results and Discussion部分揭示：热重分析(TG)显示CdS-DETA杂化物在300℃出现DETA分解特征峰；EXAFS证实Cd-N配位键存在，界面结合能计算表明Cd-N键促进电荷分离；420 nm光照下AQE达9.6%，较原始CdS提升6倍；接触角测试证明CNTm/CdS亲水性优化，助力水分子吸附。

Conclusion指出：胺改性策略在保留CNT本征性能的同时，通过Cd-N键构筑紧密界面，加速载流子迁移并抑制复合。该工作为碳基复合光催化剂设计提供新范式，其提出的有机胺处理法在光催化领域具有普适性价值。作者团队（Xincheng Hu、Chi Zhang等）特别强调，这种低成本界面工程策略对推动非贵金属助催化剂发展具有重要意义。