通过Cu诱导的空穴陷阱抑制CdS纳米棒中的电荷复合，以提高氢气的产生效率

《Solar RRL》：Suppressing Charge Recombination via Cu-Induced Hole Trap in CdS Nanorods for Enhanced Hydrogen Evolution

太阳能制氢中铜掺杂调控载流子复合机制，通过水热法合成六方纤锌矿结构的Cu@CdS纳米棒，优化价带电子结构并缩短载流子寿命，使产氢速率提升2.3倍至6.8 mmol·g?1·h?1。

　　

摘要

太阳能驱动的氢气生产能够将可再生能源以化学形式储存，但由于高价带简并性和空穴有效质量导致的缓慢空穴传输过程，其效率受到限制。有针对性的调控空穴陷阱对于减少这些损失并提高光催化制氢性能至关重要，以满足实际应用需求。本研究通过金属掺杂策略解决了这一问题：采用成熟的水热法制备了Cu掺杂的CdS纳米棒，以促进空穴陷阱的形成并实现有效的载流子分离。结构分析表明，Cu原子在CdS表面均匀分布，且未改变其六方纤锌矿结构。同时，Cu掺杂导致Cd的3d能级峰向高结合能方向移动了0.2 eV，S的2p能级峰向高结合能方向移动了0.1 eV，这说明掺杂引起了晶格收缩和价带电子重排。动力学研究表明，Cu掺杂减少了由空穴陷阱引起的复合现象，同时促进了空穴的捕获，从而延长了载流子的寿命。最终，Cu@CdS的制氢速率比原始CdS提高了2.3倍，达到了6.8 mmol g?1 h?1的产氢速率。这项工作建立了一个掺杂框架，用于优化空穴陷阱的动力学行为，克服了载流子复合的瓶颈。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。