揭示Zn_xCd_1-xS固溶体光催化析氢中的直接-间接带隙跃迁机制

摘要

固溶体策略可以在热力学上提高光催化性能，然而对固溶体催化剂载流子动力学的研究同样重要。本文基于能带结构调控成功合成了一系列Zn_xCd_1-xS固溶体，并通过飞秒瞬态吸收光谱（TAS）和密度泛函理论（DFT）研究了载流子动力学，揭示了Zn_xCd_1-xS固溶体中的混合直接-间接带隙跃迁机制。间接带隙表现出较低的载流子复合率，更重要的是它还可以作为载流子的捕获中心，从而提高电荷分离效率。因此，在可见光（> 420 nm）照射下，Zn_xCd_1-xS固溶体的析氢速率(1426.66μmol h^–1)相较于纯CdS(129.83μmol h^–1)提高了约11倍。本工作提出光催化性能的提升可能同时源于热力学和动力学两个方面，而载流子跃迁机制的改变是影响动力学的主要因素之一。

关键词

Zn_xCd_1-xS固溶体 / 光催化析氢 / 光生载流子转移 / 直接-间接带隙跃迁

基金资助

国家自然科学基金(22102095,21773153); 国家重点基础研究发展计划(2018YFB1502001); 上海交通大学氢科学中心的支持