锰掺杂诱导电子结构重构的ZnS/Co3S4 S型异质结实现高效CO2光催化制乙烯

本研究发现通过锰掺杂策略可重构ZnS/Co3S4 S型异质结（S-scheme heterojunction）的电子微环境，显著增强CO2吸附能力并稳定C2中间体（如*COCO），促进C-C耦合过程。优化后的催化剂实现20.62 μmol·g-1·h-1的乙烯产率与87%电子选择性，为CO2至C2H4高选择性转化提供了新范式。

　　

理论预测

为系统预测异质结形成与锰调控对催化行为的影响，本研究首先构建了ZnS/Co₃S₄异质结构。能带结构分析表明，ZnS与Co₃S₄的功函数分别为5.83 eV和5.23 eV。接触后形成界面电场（ΔWF = 0.6 eV），驱动热电子从Co₃S₄向ZnS迁移，建立内建电场（BIEF方向：Co₃S₄→ZnS）。

结论

本研究通过整合锰掺杂与S型异质结工程，展示了ZnS/Co₃S₄体系的高性能光催化剂设计策略。锰原子引入不仅引起电荷不对称分布，更通过增强Co 3d轨道与C 2p轨道的杂化作用，稳定了CHOCO与COCO等关键C-C耦合中间体。理论模拟与实验共同验证了该策略对CO₂至C₂H₄高效转化的促进作用。