JPS：用于有效促进CO2光还原的0D-2D WO3/CdS S型光催化材料体系

基于我国“双碳”政策及能源可持续发展等重要战略需求，开展绿色、无污染的光催化CO₂资源转化与利用的研究成为当前材料与能源领域的重要研究课题。开发高效的光催化材料体系则成为该技术发展的重要攻关技术之一。在光催化CO₂还原反应中，提高还原活性位点的分散度和光生载流子的分离效率对提高催化剂光还原CO₂的性能具有重要意义。

吉林师范大学曹健、杨丽丽、魏茂彬等人以二维WO₃为载体及氧化型半导体通过简单的连续离子层吸附反应，在其表面负载量子点级CdS，成功地制备了0D-2D WO₃/CdS S型光催化材料体系。利用维度间的尺寸差异，WO₃纳米片极大地提高CdS量子点分散性，有效降低还原位点的团聚现象，进而提高CO₂分子在还原位点的吸附与还原效率。

Scheme1. CdS/g-C₃N₄复合材料的制备流程.

结合电子自旋共振波谱测试与密度泛函理论计算分析，证实了匹配的能带结构界面处形成了内建电场，促进光生载流子以S型机制高效的传输与分离，从而使具有高氧化还原能力的光生载流子快速的参与到还原过程当中，最终获得优异的CO₂光还原性能。

Fig. 2. WO₃/CdS 差分电荷密度(a);Z轴平面平均电子密度差(b)，CdS/g-C₃N₄界面电场的形成及电子传输示意图(c, d).

光还原CO₂实验表明，以优化比例后的CdS/WO₃复合材料为催化剂，在全光谱条件下，CO和CH₄的产率分别为64.7 μmol/g·h和2.3 μmol/g·h，分别是CdS量子点的4.0和2.7倍，CdS/g-C₃N₄复合材料表现出良好的CO₂光还原能力和催化稳定性。

与此同时，13C同位素标定实验 CO和CH₄中的C源均来自于CO₂光还原过程，并非催化剂或牺牲剂等物质的分解导致。这一研究结果为CdS基S型异质结材料的设计构筑，推动其在光催化CO₂资源化转化领域的应用，奠定了一定的实验和理论基础。

Fig. 3. CdS/g-C₃N₄的能带结构(a)和CdS/g-C₃N₄为催化剂CO₂光还原过程示意图(b).

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