氫氣是一種理想的能源載體，能量密度高，而且氫氣燃燒不會對環(huán)境造成污染。利用太陽能光催化分解水制氫是解決人類能源問題的重要途徑。CdS因其適合的能帶位置以及帶隙寬度，被廣泛用作可見光光催化分解水材料。由于快速的光生載流子復(fù)合以及光腐蝕問題，CdS在進行光催化產(chǎn)氫過程中需要加入電子犧牲劑，例如甲醇、乳酸、三乙醇胺等。這些電子犧牲劑一方面可以消耗光生空穴，解決CdS的光腐蝕問題；另一方面可以抑制光生電子和空穴的復(fù)合，增加光生電子的壽命。但加入犧牲劑的光催化產(chǎn)氫反應(yīng)并不是完全的“太陽能–化學(xué)能轉(zhuǎn)換反應(yīng)”，氫氣的產(chǎn)生是以消耗電子犧牲劑的化學(xué)能為代價，因此只能稱為“半太陽能–化學(xué)能轉(zhuǎn)換反應(yīng)”。

 

　　近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所光化學(xué)轉(zhuǎn)換與合成研究中心金屬有機光化學(xué)研究組在可見光催化分解純水研究方面取得新進展。該團隊首先在合成路線上對傳統(tǒng)的水熱法合成CdS進行改進，通過添加適量的還原劑水合肼對六方CdS進行輕度還原，獲得富含硫空位缺陷的CdS；之后對其進行磷間隙摻雜，制備強n型半導(dǎo)體，促使費米能級位置與硫空位能級靠近，此時硫空位能級將顯現(xiàn)出電子捕獲陷阱的能力，像一座蓄水池一樣對光生電子進行臨時存儲，從而延長光生電子壽命，長壽命的光生電子具有足夠的動力學(xué)能力遷移到CdS表面，進一步發(fā)生質(zhì)子還原反應(yīng)。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在Advanced Materials上。

 

　　研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、科技部國家重點基礎(chǔ)研究計劃、國家自然科學(xué)基金委面上項目的支持。
 

磷摻雜硫化鎘能級變化示意圖