S-型异质结CeO2/ZnxCd1-xIn2S4空心结构的构建及其可见光分解水制氢性能

层状结构材料ZnIn2S4(ZIS)具有强的可见光吸收、合适的能带结构、高的化学稳定性和低毒性,是优良的光催化材料.然而,ZIS的低载流子分离效率造成其光催化产氢效率较低.为了解决这一难题,本文提出了一种整合固溶体形成和异质结构建的能带结构调控策略.通过在CeO2空心球表面原位生长ZnxCd1-xIn2S4(ZCIS)纳米片,成功制备了具有分级中空结构的CeO2/ZCIS复合光催化剂.制备的1:6-CeO2/Zn0.9Cd0.1In2S4样品在可见光下表现出了4.09 mmol·g-1·h-1的最佳产氢速率,分别是ZIS、ZCIS和CeO2/ZIS的6.8、3.0和2.2倍.其光催化活性的显著增强主要归功于CeO2/ZCIS的能带结构改变产生S-型异质结电荷传输通道.同时,引入Cd阳离子使得ZIS的导带和价带同时上移,为水裂解提供强还原性光电子.相比于CeO2/ZIS异质结,ZCIS和CeO2之间存在更大的费米能级差,可促进更多的自由电子从ZCIS转移到CeO2,在CeO2/ZCIS界面形成强内建电场,促进载流子有效分离,提高光催化产氢效率.本研究将为S-型异质结光催化材料设计和构筑提供一种有效策略.