珊瑚状p型C-NiO1-x锚定n型CdS量子点构建S型异质结显著提升光催化产氢性能

本文创新性地通过将n型CdS量子点(QDs)锚定于珊瑚状p型C-NiO1-x载体，成功构建S型异质结(S-scheme heterojunction)。该设计不仅有效抑制CdS QDs团聚，其优化的20% CdS/C-NiO1-x复合材料展现出12450 μmol g?1 h?1的卓越产氢速率（较纯CdS提升28.49倍），并通过DFT计算、原位XPS等揭示了界面电荷分离与抗光腐蚀机制。

　　

Highlight

本研究通过将n型CdS量子点(QDs)精准锚定在珊瑚状多孔p型C-NiO_1-x表面，成功构建了高效的S型异质结(S-scheme heterojunction)。这种独特的结构设计使复合材料兼具超高比表面积和优化的电荷传输路径。

结构表征

XRD与TEM分析显示（图1），复合材料中立方相NiO的(111)、(200)晶面清晰可见，而CdS QDs均匀分散于珊瑚状载体表面，平均粒径仅5 nm。EDS元素映射证实了Cd、S、Ni、O元素的均匀分布，验证了异质结的成功构建。

性能优势

最优化的20% CdS/C-NiO_1-x在可见光下产氢速率高达12450 μmol g^?1 h^?1，是纯CdS的28.49倍！这种飞跃式提升源于两大机制：1）珊瑚状载体提供的超大活性位点；2）S型异质结驱动的"电子高速公路"，使光生电子(e^?)与空穴(h⁺)高效分离。

机制揭秘

通过原位XPS捕捉到光照下CdS的3d轨道结合能负移，而NiO的2p轨道正移，直接证实了S型电荷转移路径。DFT计算进一步揭示：界面内置电场像"智能交通灯"一样，引导NiO的电子精准跃迁至CdS价带(E_VB)，同时保留强氧化还原能力的载流子。

结论

这项研究不仅提供了一种抗团聚的量子点固定化策略，更通过S型异质结工程实现了光催化产氢性能的突破，为设计高效稳定的太阳能转化系统提供了新范式。