由于化石能源的不可再生性和利用化石能源產(chǎn)生環(huán)境有害物質(zhì)，用光催化分解水把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為清潔可再生的氫能源正受到越來(lái)越多的研究。對(duì)于光催化來(lái)說(shuō)，如何提高半導(dǎo)體材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收和提高太陽(yáng)光能量的轉(zhuǎn)換率依然是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。Zn-Cd-S固溶體具有可見(jiàn)光響應(yīng)的高效率光催化分解水制氫能力，經(jīng)過(guò)渡金屬Cu摻雜后，其光催化性能可得到很大的提高，但如何進(jìn)一步提高該材料體系的性能以及Cu摻雜提高光催化性能的機(jī)理還需要進(jìn)一步的研究。
在北大新材料學(xué)院潘鋒教授的指導(dǎo)下，博士后梅宗維和張炳凱與團(tuán)隊(duì)老師和研究生合作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算相結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)Cu2+摻雜Zn0.5Cd0.5S后自發(fā)變?yōu)镃u+，并促使S缺陷的生成。同時(shí)，Cu+和S缺陷將分別接受光生空穴和光生電子，從而提高光生載流子的分離能力。結(jié)合Cu摻雜提高可見(jiàn)光吸收的性質(zhì)，Cu摻雜樣品的光催化分解水產(chǎn)氫性能最高是未摻雜樣品的2.8倍，達(dá)到21.4 mmol/h/g，在428 nm LED光照下的量子效率達(dá)到18.8%。研究成果第一次成功解釋了Cu摻雜提高Zn-Cd-S體系光催化性能的機(jī)理，且為目前光催化水分解產(chǎn)氫性能的世界一流水平。該研究成果以全文形式發(fā)表于能源領(lǐng)域頂尖雜志Nano Energy上（影響因子IF=11.3）。
圖1. Cu+摻雜Zn0.5Cd0.5S固溶體提高光生載流子分離能力的示意圖。
圖2. a) Cu摻雜及未摻雜Zn0.5Cd0.5S可見(jiàn)光催化分解水制氫性能比較及b) Cu(2%)摻雜未摻雜Zn0.5Cd0.5S在不同波長(zhǎng)LED照射下的吸收性能及量子效率比較。
本工作在光解水的材料的實(shí)驗(yàn)和機(jī)理研究取得重要進(jìn)展，得益于國(guó)際化團(tuán)隊(duì)交叉學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新，參與本工作的有北大物理學(xué)院的龔旗煌院士團(tuán)隊(duì)（開(kāi)展了快速激光光譜研究）、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Dr.Amine團(tuán)隊(duì)（開(kāi)展同步輻射的硬x-ray結(jié)構(gòu)研究）、美國(guó)伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室楊萬(wàn)里團(tuán)隊(duì)（開(kāi)展軟x-ray吸收譜的研究）、及日本團(tuán)隊(duì)等8個(gè)團(tuán)隊(duì)。博士后梅宗維和張炳凱是文章的共同第一作者，潘鋒老師是通信作者。該項(xiàng)工作得到了廣東省引進(jìn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳孔雀計(jì)劃及深圳創(chuàng)新委科技計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
Zongwei Me1, Bingkai Zhang1, Jiaxin Zheng, Sheng Yuan, Zengqing Zhuo, Xianguang Meng, Zonghai Chen, Khalil Amine, Wanli Yang, Lin-Wang Wang, Wei Wang, Shufeng Wang, Qihuang Gong, Jun Li, Fu-Sheng Liu, Feng Pan* “Tuning Cu dopant of Zn0.5Cd0.5S nanocrystals enables high-performance photocatalytic H2 evolution from water splitting under visible-light irradiation”， Nano Energy 2016, 26 405–416 (SCI，IF=10.3)
PDF下載：.pdf
文章鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551630180X
