室温光育种法直接构建并连续调控强金属-载体相互作用（SMSI）用于高效光催化制氢

本文创新性地提出"光育种"（photobreeding）新策略，通过Zn0.8Cd0.2S的紫外光致变色反应在室温下直接构建强金属-载体相互作用（SMSI），实现界面特性的连续调控。所制备的ZCS-SMSI-120/PV催化剂在无贵金属条件下获得48.7 mmol·g-1·h-1的产氢速率，为光催化领域提供了新型界面调控方法。

　　

室温光育种法构建可调控SMSI催化剂

光催化技术作为清洁能源生产的重要手段，其核心在于高效催化剂的设计。传统构建强金属-载体相互作用（SMSI）的方法通常需要高温处理或复杂后处理步骤，这极大限制了催化剂的精确调控和实际应用。近期研究发现，通过创新的"光育种"策略可在室温下实现SMSI的直接构建和连续调控，为催化材料设计开辟了新途径。

光育种策略的机理与表征

研究团队选择Zn_0.8Cd_0.2S（ZCS）固溶体作为模型材料，巧妙利用ZnS组分的光致变色特性与CdS的化学惰性差异。在紫外光照射下，ZnS发生光还原反应生成金属Zn纳米颗粒，而CdS则保持稳定并自发包裹生成的Zn颗粒，形成典型的SMSI结构。高分辨透射电镜（HRTEM）观察到的0.207 nm晶格条纹证实了金属Zn的存在，而0.322 nm的晶格间距则对应于ZCS的（111）晶面。

X射线光电子能谱（XPS）分析显示，金属Zn的Zn 2p_{3/sub>结合能相比标准值负移0.6 eV，同时CdS组分的Cd 3d5/2结合能正移0.4 eV，表明存在从载体到金属的强电子转移。CO吸附红外光谱（CO-DRIFTS）未检测到特征峰，进一步证实了CdS对金属Zn的完全包裹，这是SMSI形成的直接证据。}

SMSI对电荷分离的促进作用

时间分辨荧光光谱（TRPL）研究表明，SMSI结构的形成使载流子平均寿命从8.79 ns缩短至6.25 ns，表明界面电荷复合得到有效抑制。瞬态光电流测试显示，ZCS-SMSI的光电流响应较原始ZCS显著增强。电化学阻抗谱（EIS）进一步证实，SMSI使电荷转移电阻（R_ct）大幅降低。

飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）揭示了更深入的动力学机制：在400 nm激发下，ZCS-SMSI的受激发射信号在6.26 fs内迅速出现并在231 fs达到峰值，而原始ZCS则需要1.85 ps才出现信号。定量分析表明，SMSI使快过程寿命（τ₁）从15.9 ps缩短至6.0 ps，慢过程寿命（τ₂）从3870.0 ps大幅降低至119.0 ps，证实SMSI能显著加速激子解离和界面电荷转移。

界面性质的连续调控方法

研究团队设计了独特的双光源光电化学测试系统，通过独立控制紫外光（200-400 nm）和可见光（>320 nm）照射，实现了SMSI的原位构建与性能表征同步进行。随着光育种时间延长，催化剂的局域表面等离子体共振（LSPR）信号逐渐增强，电荷转移电阻持续降低，光电流响应不断提高，证明界面性质可实现精确调控。

在光催化产氢性能方面，经过120分钟光育种处理的ZCS-SMSI-120催化剂表现出36.5 mmol·g^-1·h^-1的产氢速率，是原始ZCS的3.1倍。引入紫精（viologen）电子介体形成表面电荷转移复合物后，ZCS-SMSI-120/PV的产氢速率进一步提升至48.7 mmol·g^-1·h^-1，在350 nm处的表观量子产率（AQY）达到3.0%。连续29小时循环测试表明催化剂具有优异稳定性，XRD和TEM表征证实反应前后材料结构保持完好。

这项研究不仅开发了一种温和、可控的SMSI构建新方法，更为设计高效光催化体系提供了新思路。光育种策略可拓展应用于CO₂还原、有机合成等多个催化领域，对推动清洁能源技术的发展具有重要意义。