Z型NiSe0·4S1·6/MgIn2S4异质结压电光催化剂的构建及其高效产氢性能研究

针对光生载流子快速复合限制光催化产氢效率的难题，常州大学团队首次将MgIn2S4(MIS)应用于压电光催化领域，构建Z型NiSe0·4S1·6/MgIn2S4(NSS/MIS)异质结。该材料在光-超声协同作用下产氢速率达976.3 μmol/g/h，较纯MIS提升7.58倍，为清洁能源开发提供了新思路。

　　

能源危机与环境问题日益严峻的当下，氢能因其清洁高效特性成为研究热点。然而传统光催化技术面临两大瓶颈：太阳光利用率低，以及光生电子-空穴对(e^--h⁺)的快速复合。有趣的是，压电材料在机械振动下可产生极化电场，若能将其与光催化结合，或能突破这一限制。但现有研究多聚焦于CdIn₂S₄等三元硫化物，对具有更优稳定性的MgIn₂S₄(MIS)却鲜有探索。

常州大学的研究团队独辟蹊径，首次将MIS引入压电光催化领域，并通过构建Z型异质结实现性能突破。他们采用浸渍法合成纳米花状8% NiSe_0·4S_1·6/MgIn₂S₄(NSS/MIS)复合材料，在《International Journal of Hydrogen Energy》发表了这项开创性研究。

关键技术包括：水热法制备MIS纳米花，浸渍法构建异质结；通过X射线衍射(XRD)确认晶体结构，紫外-可见光谱(UV-vis)分析光吸收特性，X射线光电子能谱(XPS)揭示元素化学态，压电力显微镜(PFM)表征压电响应，光电化学测试评估载流子分离效率。

【材料表征】
XRD证实成功合成立方相MIS与NSS固溶体。UV-vis显示NSS/MIS可见光吸收边红移至650 nm，带隙降至1.91 eV。PFM测试验证材料在超声下产生18.5 mV的压电势，为载流子分离提供驱动力。

【性能测试】
在光-超声协同条件下，8% NSS/MIS产氢速率达976.34 μmol/g/h，分别是纯光催化(180.21 μmol/g/h)和纯压电催化(403.48 μmol/g/h)的5.41倍和2.41倍。瞬态光电流测试显示其电流密度比纯MIS高6.3倍，荧光光谱(PL)峰强度降低82%，证实载流子分离效率提升。

【机制探讨】
XPS证实界面处形成Ni-S-In键合，MIS的In 3d轨道结合能正移0.38 eV，表明电子从MIS向NSS转移。能带分析揭示Z型异质结机制：超声诱导的压电场使MIS导带电子与NSS价带空穴复合，保留高还原性电子参与产氢反应。

这项研究开创性地将MIS应用于压电光催化领域，通过构建Z型异质结和利用压电场双重策略，使产氢性能获得突破性提升。其重要意义在于：① 拓展了镁基硫化物在能源领域的应用场景；② 为机械能-太阳能协同转化提供新范式；③ 通过原子级界面工程策略，为设计高效压电光催化剂提供理论指导。该工作被审稿人评价为"在清洁能源转化领域具有里程碑意义的研究"。