氫氣是一種理想的能源載體, 能量密度高, 而且氫氣燃燒不會對環境造成汙染. 利用太陽能光催化分解水制氫是解決人類能源問題的重要途徑. CdS因其適合的能帶位置以及帶隙寬度, 被廣泛用作可見光光催化分解水材料. 由於快速的光生載流子複合以及光腐蝕問題, CdS在進行光催化產氫過程中需要加入電子犧牲劑, 例如甲醇, 乳酸, 三乙醇胺等. 這些電子犧牲劑一方面可以消耗光生空穴, 解決CdS的光腐蝕問題; 另一方面可以抑制光生電子和空穴的複合, 增加光生電子的壽命. 但加入犧牲劑的光催化產氫反應並不是完全的 '太陽能–化學能轉換反應' , 氫氣的產生是以消耗電子犧牲劑的化學能為代價, 因此只能稱為 '半太陽能–化學能轉換反應' .
近日, 中國科學院理化技術研究所光化學轉換與合成研究中心金屬有機光化學研究組在可見光催化分解純水研究方面取得新進展. 該團隊首先在合成路線上對傳統的水熱法合成CdS進行改進, 通過添加適量的還原劑水合肼對六方CdS進行輕度還原, 獲得富含硫空位缺陷的CdS; 之後對其進行磷間隙摻雜, 製備強n型半導體, 促使費米能級位置與硫空位能級靠近, 此時硫空位能級將顯現出電子捕獲陷阱的能力, 像一座蓄水池一樣對光生電子進行臨時存儲, 從而延長光生電子壽命, 長壽命的光生電子具有足夠的動力學能力遷移到CdS表面, 進一步發生質子還原反應. 相關研究結果近日發表在Advanced Materials上.
研究工作得到中科院戰略性先導科技專項 (B類) , 科技部國家重點基礎研究計劃, 國家自然科學基金委面上項目的支援.
