三聚氰胺泡沫支撑的S型硫铟锌镉/硫掺杂氮化碳异质结的绿色H₂O₂合成：协同界面电荷转移调控与局域光热效应

摘要

绿色光催化合成过氧化氢（H₂O₂）是替代高能耗蒽醌工艺的理想途径，但其在无牺牲剂体系中受限于快速载流子复合与氧化还原能力不足。本研究报道了一种原位化学浴-水热法制备的三聚氰胺泡沫（MF）负载的硫掺杂氮化碳（SCN）/硫空位修饰硫铟锌镉（CZIS）S型异质结（CZIS/SCN/MF），用于无牺牲剂H₂O₂光合成。通过原位辐照X射线光电子能谱（XPS）、自由基捕获电子顺磁共振（EPR）、飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）及理论计算，证实了其S型电荷转移机制。具体而言，硫掺杂可调控氮化碳骨架的局域电荷分布，强化SCN/CZIS异质结界面内建电场；同时，CZIS中煅烧引入的硫空位作为光电子陷阱促进电荷分离，并保留光生空穴用于H₂O氧化，从而实现无牺牲剂H₂O₂合成。结合MF三维多孔框架的光热效应，优化S掺杂浓度和SCN用量的CZIS/SCN/MF催化剂在纯水中H₂O₂产率达3.46 mmol·g^-1·h^-1，显著优于多数无牺牲剂体系。该研究为无牺牲剂光催化体系中的界面电荷协同调控与能量转换强化提供了新策略。

关键词

S型异质结 / 过氧化氢合成 / 光热效应 / 三聚氰胺泡沫 / 无牺牲试剂

基金资助

国家自然科学基金(22472069,22102064,22302080); 纳米材料与技术安徽省重点实验室资助(202305a12020006)