CdWO4/Mn0.5Cd0.5S界面异质结的构建及其高效光催化析氢性能研究

针对MnxCd1-xS半导体光催化剂存在的电荷复合率高、光腐蚀严重等问题，研究人员通过水热法构建了CdWO4/Mn0.5Cd0.5S（MCS）II型异质结。优化后的9CW-MCS复合材料析氢速率达8417.1 μmol·g-1·h-1，表观量子效率（AQY）为14.13%，显著优于单一组分。该研究为宽带隙半导体在光催化制氢领域的应用提供了新思路。

　　

论文解读：

在能源危机与环境污染的双重压力下，光催化分解水制氢技术被视为实现绿色能源转型的重要途径。然而，传统半导体材料如TiO₂因宽带隙限制仅能利用紫外光，而可见光响应的金属硫化物（如CdS）又面临严重的电荷复合和光腐蚀问题。Mn_xCd_1-xS（MCS）固溶体虽通过Mn掺杂调控了能带结构，但其实际应用仍受制于上述缺陷。与此同时，宽带隙半导体CdWO₄（CW）虽具有优异的光稳定性，却因还原能力不足难以独立完成析氢反应。如何通过材料设计协同解决这些矛盾，成为光催化领域的关键科学问题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Surfaces and Interfaces》发表论文，报道了通过水热法构建CdWO₄纳米棒与Mn_0.5Cd_0.5S纳米多面体紧密耦合的II型异质结。研究采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等技术表征材料结构，通过光电流响应和电化学阻抗谱（EIS）分析电荷分离效率，最终在420 nm单色光下测得最优样品9CW-MCS的析氢速率达8417.1 μmol·g^-1·h^-1，较单一MCS提升显著。

Morphology and structure
XRD证实复合材料中CW（单斜晶系）与MCS（六方晶系）的共存，TEM显示CW纳米棒均匀分散于MCS表面形成紧密界面接触。这种结构既扩大了异质结接触面积，又为电荷转移提供了高效通道。

Conclusion
能带分析表明，CW/MCS异质结的II型能带排列驱动光生电子向MCS迁移、空穴向CW转移，从而实现了空间电荷分离。此外，CW的引入抑制了MCS的光腐蚀，使复合材料在循环测试中保持90%以上的活性。该工作不仅为MCS基光催化剂的性能优化提供了新策略，更拓宽了宽带隙半导体在能源转换领域的应用场景。

研究的重要意义在于：首次通过界面工程将CW与MCS的优势互补，其14.13%的AQY值在同类研究中处于领先水平；提出的"宽带隙半导体作为空穴受体"的设计理念，为开发高效稳定的复合光催化剂提供了普适性思路。Wenting Xiao等作者强调，这种异质结构建方法可推广至其他硫化物/钨酸盐体系，对推动太阳能-氢能转化技术的实际应用具有重要价值。