碳点限域型II类g-C3N4/SnS2异质结界面电荷调控促进CO2光还原

本文创新性地采用碳点（CDs）限域自组装策略构建三元g-C3N4/CDs/SnS2异质结，通过CDs桥接作用形成微尺度Type-II结构，实现28.32 μmol g?1 h?1的CO产率（选择性89%）和10.85倍于纯g-C3N4的活性提升。原位XPS/UPS/KPFM证实其增强的电荷分离效率，FTIR与DFT模拟揭示了CDs降低CO2活化能垒（COOH/CO中间体）的双重功能机制。

　　

Highlight

通过碳点（CDs）限域自组装策略构建的三元石墨相氮化碳（g-C₃N₄）/碳点/二硫化锡（SnS₂）异质结，在无牺牲剂的气固相反应中展现出卓越的CO₂光还原性能。CDs如同"纳米铆钉"将SnS₂纳米岛均匀锚定在超薄g-C₃N₄纳米片上，同时防止晶体团聚，形成大量微尺度Type-II异质结单元。

Materials

实验采用五水合氯化锡（SnCl₄·5H₂O）、柠檬酸（C₆H₈O₇）、尿素（CH₄N₂O）等分析纯试剂，通过水热法合成CDs并构建异质结。超声剥离制备的超薄g-C₃N₄纳米片具有更优的电荷迁移能力。

Physical and chemical characterization

图1(a)展示的合成路线中，CDs表面丰富的羧基（-COOH）和羟基（-OH）官能团像"分子胶水"般促进SnS₂纳米晶的均匀生长。透射电镜（TEM）显示SnS₂纳米岛（~5 nm）密集分布在g-C₃N₄表面，X射线衍射（XRD）证实成功构建三元异质结结构。

Conclusion

该工作揭示了CDs在异质结工程中的双重角色：既是空间限域剂防止SnS₂聚集，又是电荷传输"高速公路"。最优样品CNS-2的CO产率达28.32 μmol g^?1 h^?1，甲烷（CH₄）产率3.41 μmol g^?1 h^?1，CO选择性高达89%。原位表征表明CDs通过降低COOH/CO中间体形成能垒，为太阳能驱动碳循环提供了新思路。