Mo2S3/CdS异质结光催化剂：界面电荷动力学与全光谱增强光催化性能的协同效应研究

本文推荐一种基于苦瓜状CdS与Mo2S3纳米颗粒构建的异质结光催化剂（heterojunction photocatalyst），通过原位光沉积法实现8倍氢生成效率提升（4059 μmol g-1h-1），并展现全光谱响应特性（AQY 6.80%@420nm）。其独特形貌与界面电荷分离机制（DFT验证）为太阳能转化（AM 1.5G）提供了新策略。

　　

Highlight

本研究创新性地通过简单水热法合成苦瓜状CdS，并通过原位光沉积构建Mo₂S₃/CdS异质结。在可见光下，Mo₂S₃/CdS-3复合材料的产氢效率较纯CdS提升8倍，且具有卓越稳定性（5次循环后仅衰减6%）。表观量子产率（AQY）在420 nm达到6.80%，甚至在600 nm仍保持1%，展现全光谱响应能力。

Introduction

在工业化进程中，地球资源消耗引发能源危机与环境问题。半导体光催化材料（如CdS、TiO₂）因其可见光响应特性成为研究热点，但载流子快速复合（charge recombination）限制了其应用。本研究引入三硫化钼（Mo₂S₃）作为助催化剂，通过形成异质结（heterojunction）抑制光腐蚀并提升CdS稳定性。

Synthesis of CdS

采用改进溶剂热法，通过控制水热结晶动力学制备具有脊状表面的苦瓜状CdS微结构。实验中将Cd(NO₃)₂·4H₂O、硫脲（SC(NH₂)₂）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP K30）在水溶液中超声处理20分钟，随后在100 mL聚四氟乙烯内衬反应釜中密封反应。

Preparation and characterization of photocatalysts

图1展示了催化剂设计与合成路线：Cd²⁺与硫脲形成配位复合物，水热条件下S?C键断裂缓慢释放Cd²⁺和S^2?，PVP作为表面活性剂调控CdS核生长。Mo₂S₃纳米颗粒的引入不仅拓宽光谱吸收范围，还通过界面电荷转移（interfacial charge transfer）提升载流子分离效率。

Conclusions

苦瓜状CdS与Mo₂S₃形成的紧密异质结具有三重优势：比表面积增加5.8倍提升光子利用率；光吸收范围扩展至近红外区；界面电场（built-in field）促进电荷定向迁移。该工作为全光谱光催化剂设计提供了新范式。