光学小知识 | 异质结在光催化中的作用

2025年5月,青岛科技大学李镇江等人在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《Interfacial chemical bond and internal electric field modulated Z-scheme Sv-ZnIn2S4/MoSe2 photocatalyst for efficient hydrogen evolution》的研究论文。

在此,作者通过缺陷诱导的异质结构建策略,构建了由富含硫空位的ZnIn₂S₄(Sv-ZIS)和MoSe₂组成的界面Mo-S键和内电场调控的Z型异质结。以下从异质结在该研究中的优势、表征方法、性能展开叙述。

异质结的优势:在Sv-ZIS和MoSe₂之间形成的界面Mo-S键以及内电场,可以加速光生载流子的分离和转移,从而显著提高光催化性能。其中,界面Mo-S键作为原子级别的“桥梁”,为电荷转移提供了快速通道;内电场则为光生电子从MoSe₂的导带转移到Sv-ZIS的价带提供了驱动力,实现了Z型电荷转移机制。

异质结的表征:通过X射线🩻光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、电子顺磁共振(EPR)等技术手段,证实了Sv-ZIS和MoSe₂之间形成了紧密的界面接触,并且存在强烈的化学耦合效应。

异质结的光催化性能:优化后的Sv-ZIS/MoSe₂异质结在可见光(λ > 420 nm)照射下展现出优异的光催化制氢性能,其制氢速率达到63.21 mmol·g⁻¹·h⁻¹,表观量子产率为76.48%(420 nm单色光),是原始ZIS的18.8倍,且优于最近报道的基于ZnIn₂S₄的光催化体系。

异质结的稳定性:经过5次循环光催化测试(共20小时)后,优化后的Sv-ZIS/MoSe₂异质结的制氢量仍保持在初始值的约90.5%,显示出良好的光催化稳定性。

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