第一作者：Liang Wu, Qian Wang.
通訊作者：俞書宏
通訊單位：中國科學技術大學
本文要點：
1. 發展了新型半導體納米帶光催化產氫催化劑
2. 實現了優異的光催化產氫性能
光催化學術QQ群：927909706
太陽能驅動的半導體光催化劑分解水，是一種極具前景的產氫技術。關鍵問題之一在于，具有高可見光活性的優異光催化劑，不可多得。銅基四元硫化物由于其禁帶寬度可調，具有良好的可見光吸收性能，已成為重要的光催化劑候選材料。
有鑒于此，中科大俞書宏院士設計了一種極具前景光催化劑，即單晶纖鋅礦CZIS納米帶（NBs），由無毒、富含稀土的元素組成，在可見光范圍內具有很高的吸收效率。
DFT計算
研究人員基于第一性原理密度泛函理論（DFT）計算，確定了在光催化析氫反應（HER）中，纖鋅礦CZIS的（0001）面具有最小的吉布斯自由能變化。根據Bell-Evans-Polanyi原理，（0001）面對于HER具有最低的能壘，這將有助于制氫。
圖1. DFT計算
材料合成
研究人員設計了一種簡單的膠體方法來合成暴露（0001）面的單晶纖鋅礦CZIS 納米帶，以及由油胺（OLA）和1-十二烷硫醇（DDT）輔助修飾的暴露的（0001）面的纖晶纖鋅礦CZGS 納米帶。
圖2. 納米帶表征
光催化性能
研究表明，所制備的納米帶光催化劑表現出優異的組成依賴性光催化性能，在不使用助催化劑，可見光（λ> 420 nm）的情況下，CZIS和CZGS 納米帶的最高產氫率分別達到3.35和3.75 mmol h-1 g-1，高于已報道的CZIS和CZGS光催化劑。
重要的是，納米帶在保存兩個月后仍保持高穩定性和催化反應性。
圖3. 光催化產氫性能
總之，這項研究為發展新型光催化產氫催化劑提供了新思路，CZIS和CZGS 納米帶優異的光催化性能進一步體現了半導體光催化劑的表面工程的重要性。
參考文獻：
Wu, L., Wang, Q., Zhuang, T. et al. Single crystalline quaternary sulfide nanobelts for efficient solar-to-hydrogen conversion. Nat Commun 2002，11, 5194.
DOI：10.1038/s41467-020-18679-z
https://doi.org/10.1038/s41467-020-18679-z
