【催化】香港中文大学余济美教授课题组：中空多孔硫化镉光催化剂高效光解水制氢- 大数跨境

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2018-10-09

导读：香港中文大学化学系的余济美教授课题组发展了一种新颖的合成策略，制备出具有空间分离助催化剂负载的中空多孔CdS光催化剂。

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氢气具有高能量密度，被认为是一种理想的清洁能源。近年来，利用太阳能光解水制备氢气引起科研工作者广泛的关注。在众多的光催化剂中，硫化镉（CdS）以其优异的可见光响应和较窄的带隙结构成为最具吸引力的太阳能驱动光催化水裂解制氢的催化剂之一。然而，CdS催化剂在光催化过程中极易产生光腐蚀，且发生光生电子和空穴的快速复合，严重制约了其在实际大规模光解水产氢中的应用。

近日，香港中文大学化学系的余济美教授课题组发展了一种新颖的合成策略，制备出具有空间分离助催化剂负载的中空多孔CdS光催化剂。该工作利用微孔分子筛材料作为硬模板剂以及助催化剂的载体，成功制备了中空多孔CdS光催化剂，并分别在中空的CdS内外表面负载超小金属Pd（~ 1.5 nm）和PdS纳米助催化剂（合成方法如图1所示）。在可见光照的条件下，CdS表面产生的光生电子迅速转移到金属Pd表面实现产氢，同时，PdS接收光生空穴发生氧化反应。光生电子和空穴在空间分离的助催化剂上快速转移，极大地降低了其再次复合的机会，在提升催化产氢性能的同时也有效地抑制了因光刻蚀而产生的性能下降。具有空间分离助催化剂的Pd@CdS/PdS催化剂展现出极好的可见光催化产氢性能，产氢速率高达144.8 mmol•h^-1•g^-1。此外，10毫克催化剂在λ = 420 nm可见光照射的条件下，量子效率高达11.65%。该制备策略还是一种通用的合成方法，具有超小尺寸的助催化剂（如Pt、NiS或CoS等）也成功地负载在中空多孔CdS壳层的内外表面，同样展现出显著提升的光催化产氢性能。该工作不仅为可控合成具有空间分离氧化还原表面和优异光催化产氢性能的中空CdS光催化剂开辟了新的思路，也为制备其他具有空心杂化结构的光催化剂提供了一定的指导。