日益增长的能源需求和日益恶化的环境问题加速了清洁能源转换技术的研究，这些技术如今被视为现代能源科学的关键方向[1], [2], [3], [4], [5]。光催化二氧化碳还原反应 (CO2RR) 是一项有前景的绿色技术。它可以使用太阳能将温室气体 CO2 转化为有价值的碳氢燃料，如 CO, CH4, C2H4 和 C2H6。该过程实现了碳捕获和资源化的双重目标，并在缓解能源短缺和改善环境方面发挥着关键作用[6], [7], [8]。然而，当前的光催化 CO?RR 技术仍面临几项挑战。这些包括可见光区域吸收不足和光生载流子对快速复合[9], [10], [11], [12],，电荷迁移效率低，光催化稳定性差以及产品选择性不理想[13]。这些问题严重限制了其大规模应用
层状双氢氧化物 (LDHs) 作为一类新型层状无机材料，由于其独特的二维层状结构、可调化学组成、巨大的离子交换容量和良好的结构稳定性，在光催化领域引起了广泛关注[14], [15], [16]。其中，NiFe-LDH 作为 LDH 家族的重要成员，不仅表现出良好的可见光吸收能力，还具有丰富的 Ni/Fe 氧化还原活性位点和促进界面电荷传输的层状结构[17]。 previous research 表明，将 LDHs 与半导体材料集成可以促进光诱导载流子的分离和扩大光响应窗口[18]。然而，LDHs 也存在电导率差和光诱导电荷迁移效率有限的问题，这限制了其光催化活性的进一步提高[19], [20]。如果 LDHs 与半导体材料耦合，它可以形成稳定的异质结结构并产生协同效应以增强光催化性能。previous research 表明，将 LDHs 与半导体材料集成可以促进光诱导载流子的分离和扩大光响应窗口[21], [22]。
ZnCdS 作为典型的二元硫化物半导体，具有可调的带隙和巨大的光诱导电荷生成能力，使其成为 CO?RR 的有前景的光催化剂[23], [24], [25]。工程化异质结构材料被广泛认为是提升光催化性能的有力途径[26]。耦合 LDHs 与 ZnCdS 预计将形成 II 型异质结结构。这种结构不仅可以保留两种组分的优势，还可以促进光诱导载流子在界面区域两侧的引导迁移和分离[27], [28]。接触时，费米能级平衡引起界面电荷重新分布和内电场，在光照下，带偏移驱动电子从 ZnCdS 的导带转移到 NiFe-LDH 的导带，空穴则向相反方向移动。这种空间分离抑制了电子 - 空穴复合并延长了还原电子的寿命。同时，LDH 纳米片分散 ZnCdS 并暴露额外的吸附/活化位点，为增强的多电子 CO2 转化提供了理论基础。因此，整体的氧化 - 还原能力可以得到提高，界面电荷转移电阻可以得到抑制，CO2RR 的光催化活性和稳定性可以得到显著改善[29]。尽管如此，NiFe-LDH/ZnCdS 异质结构在光催化 CO2RR 中的应用及其潜在机制仍需进一步研究。特别是，几个关键问题仍有待系统阐明，包括异质结构比例对光催化性能的影响、异质结的形成机制以及微观电荷传输通道。
为了解决这些问题，通过水热合成和静电自组装构建了具有不同 NiFe-LDH 负载量的 NiFe-LDH/ZnCdS 异质结构。结构表征证实了 NiFe-LDH/ZnCdS 异质结构的成功形成，NiFe-LDH 均匀锚定在 ZnCdS 表面以建立紧密的界面接触。随后的光电化学测量，如瞬态光电流响应、电化学阻抗谱 (EIS) 和线性扫描伏安法 (LSV)，表明异质结有效地抑制了载流子复合并显著增强了电荷分离效率。此外，DFT 计算，连同 Mott-Schottky 分析和 XPS 结果，验证了 II 型异质结的出现并阐明了界面电荷转移行为。得益于改善的电荷分离能力，所制备的异质结构进一步应用于多电子 CO2 还原，其中，15NiFe-LDH/ZCS 异质结构表现出最佳的光催化性能。在 300 W 氙灯可见光辐照下，CO, CH4, C2H4 和 C2H6 的生成速率分别达到 16.54±0.42, 8.30±0.20, 1.22±0.11 和 4.70±0.21 μmol g-1 h-1。特别是，CO 和 CH4 的生成速率分别是 ZCS 的 2.52 和 1.81 倍，是 NiFe-LDH 的 103.3 和 110.7 倍。此外，光催化剂在 16 h 的循环测试后没有表现出明显的活性下降，确认了其良好的结构稳定性。这些结果在微观水平上揭示了增强光催化活性的本质来源。总体而言，本研究为设计旨在选择性 CO2 到多碳产物转化的高效、稳定光催化系统提供了实验支持和理论理解，同时也为未来光催化能源转化的工业发展提供了参考。
