中科院纳米棒阵列可见光催化产氢研究中取得进展（组图）

中国粉体网讯  ZnO和TiO2是宽禁带半导体，在紫外波段有良好的光催化产氢能力，但不具备可见光响应能力。若将其吸收光谱拓展到可见光波段，则可充分利用太阳光全光谱能量，实际应用潜力巨大。同时，硫化物体系由于其制备过程简便，化学性质相对稳定，并具有可见光波段响应，能量转化效率较高，且和其他材料体系相容性较好而受到青睐。因此，可以考虑在ZnO@TiO2核壳结构纳米棒表面负载硫化物纳米颗粒，通过形成PN异质结使其具有良好的可见光响应。

　　中国科学院苏州生物医学工程技术研究所检验室研究员董文飞带领研究团队在前期研究基础上，改进了水热合成方法并制备了超长ZnO@TiO2核壳结构纳米线（图1）。通过在其表面负载硫化物固溶体ZnIn0.25Cu0.02S1.395，获得了高比表面积的薄膜电极材料，将宽禁带半导体同窄禁带半导体结合，使光吸收从紫外波段拓展到可见光波段。同时，详细讨论了纳米棒阵列中PN异质结的阶梯能带结构和界面电子传输特性（图2），并进行了光电化学性能表征（图3）和可见光催化水裂解产氢能力测试（图4）。

　　研究表明，此材料在可见光波段具有良好的光吸收特性，化学性质稳定，能量转化效率较高，对环境无毒性且与其他材料体系相容性较好。特别地，其具有较好的光催化产氢能力，且便于与微纳光电子器件集成，在能源和纳米光电子学领域应用前景良好。相关结果发表在Nanoscale, 2015, 7: 11082-11092。

　　以上工作得到国家自然科学基金、国家重大基础研究项目、中国国际科学技术合作项目、吉林省科技厅、苏州市科技局和中科院“百人计划”等项目的支持。

图1 制备的纳米棒阵列及负载硫化物固溶体后的扫描电镜（SEM）照片


图2 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的光催化机理


图3 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的光电特性表征


图4 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的产氢性能