内置电场增强的ag-C3N4/CdS Z型异质结光催化产氢性能研究

本文推荐一种通过水热法在珊瑚状ag-C3N4上原位生长CdS纳米颗粒的策略，构建了具有内置电场（IEF）的Z型异质结光催化剂。该复合材料（ag-C3N4/CdS-17%）产氢速率达20.25 mmol·h-1·g-1，是纯ag-C3N4的18.1倍，且稳定性优异。研究揭示CdS粒径缩小至纯相的1/15，且IEF通过Z型机制（Z-scheme）优化载流子路径，显著提升光催化性能。

　　

Highlight

珊瑚状碱改性碳氮化物（ag-C₃N₄）为CdS纳米颗粒提供了绝佳的分散位点，使其粒径缩小至纯CdS的1/15（约100 nm）。更重要的是，CdS与ag-C₃N₄之间形成的由CdS指向ag-C₃N₄的内置电场（IEF），通过Z型机制（Z-scheme）重构了载流子传输路径——光生电子（e^-）与空穴（h⁺）的复合率显著降低，从而将产氢性能推向新高度。

Results and discussion

如方案1所示，通过NaOH碱改性获得珊瑚状ag-C₃N₄后，水热法原位生长的CdS与其形成紧密互连的二元复合材料。XRD显示（图1a），ag-C₃N₄/CdS-17%在27.6°出现强衍射峰，证实了石墨相碳氮化物的典型特征，而CdS的特征峰表明其成功负载且结晶度良好。

Conclusion

这项研究成功构建了CdS纳米颗粒均匀分布的ag-C₃N₄/CdS Z型异质结。当CdS负载量为17%时，材料展现出20.25 mmol·h^-1·g^-1的卓越产氢效率，且连续16小时测试后稳定性未衰减。该工作为设计高效二元异质结光催化剂提供了新思路：通过精准调控形貌与内置电场，实现太阳能-氢能的高效转化。