Cu–CN/Zn0.5Cd0.5S S型异质结光催化剂：界面电场调控与光催化产氢及污染物降解性能增强

为解决g-C3N4（CN）光催化活性低及载流子复合率高的问题，研究人员设计了一种S型异质结光催化剂Cu–CN/Zn0.5Cd0.5S。通过Cu掺杂形成Cu–N活性位点作为电荷转移通道，并利用界面电场促进载流子分离，实现了产氢速率（4.52 mmol g?1 h?1）和四环素降解效率的显著提升，为高效光催化剂设计提供了新思路。

　　

在能源危机和环境污染的双重压力下，氢能因其高能量密度（142 MJ/kg）和零污染特性成为研究热点。然而，传统光催化材料如g-C₃N₄（CN）存在可见光响应不足、载流子复合率高的问题，严重制约其实际应用。与此同时，铜基催化剂在氧还原反应中表现出的卓越活性为材料改性提供了灵感。河北某研究团队通过创新性地将铜原子引入CN骨架，构建了类金属有机配合物结构的Cu–CN，并与Zn_0.5Cd_0.5S形成S型异质结，相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。

研究采用原位热聚合法合成Cu–CN，通过溶剂热法制备异质结复合材料，结合原位开尔文探针力显微镜（KPFM）等技术验证电荷迁移机制。

Results and discussion

1. 结构表征：XRD和FT-IR证实Cu成功掺入CN骨架形成Cu–N活性位点，Zn_0.5Cd_0.5S固溶体晶格稳定。
2. 光电性能：Cu–CN/Zn_0.5Cd_0.5S的可见光吸收增强，荧光猝灭效率达78%，表明界面电场有效抑制载流子复合。
3. 催化性能：产氢速率达4.52 mmol g^?1 h^?1，为纯Zn_0.5Cd_0.5S的10.27倍；四环素降解率在90分钟内达95%。
4. 机制验证：KPFM直接观测到S型电荷迁移路径，证实Cu–N通道和界面电场的协同作用。

Conclusions
该研究通过构建S型异质结和金属活性位点双重策略，实现了光催化性能的突破。Cu–N位点作为"分子导线"加速电荷传输，而界面电场则定向分离载流子，保留其强氧化还原能力。这一设计为开发高效光催化剂提供了新范式，尤其在太阳能-氢能转换和环境修复领域具有重要应用前景。研究同时揭示了类金属有机配合物在光催化中的独特作用，为后续材料设计提供了理论依据。