调整Keggin型多金属氧酸盐电子结构构建S型异质结用于光催化析氢

摘要

缓慢的电子迁移速率和显著的电子-空穴复合是实现高光催化效率的重大障碍。利用多种催化剂构建异质结可以有效增强电荷分离。通过水热合成制备了一系列Keggin型空心十二面体多金属氧酸盐，并通过添加金属元素对其分子轨道进行修饰。金属元素的引入调节了多金属氧酸盐的电子结构，有效增强了多金属氧酸盐的电子聚集能力。单一组分催化剂常常面临严重的空穴-电子复合问题。为了解决这一问题，提出了构建异质结的方案以提高电子传输效率。通过将ZnCdS纳米颗粒固定在多金属氧酸盐表面形成异质结结构，显著增强了界面电荷传输能力。密度泛函理论(DFT)计算和实验结果表明，金属组分的调控使多金属氧酸盐具有更有利的能级轨道。ZnCdS和KMoP S型异质结的催化机制也得到了验证。S型异质结的形成进一步提高了电子传输效率，与其他传统异质结相比，实现了光生电子和空穴的高效利用。此外，S型异质结使催化剂的d带中心更接近费米能级，从而提高了导电能力。本文为多金属氧酸盐的能级调控和S型异质结的设计提供了一种新方法。

关键词

ZnCdS / Keggin型多金属氧酸盐 / 空心结构 / 电荷密度差分 / d带中心调节 / S型异质结