中國科大研制成功高效三元多節(jié)點鞘異質納米棒光催化產氫催化劑
有效操控電荷流動是研究半導體體系中物理和化學性質的核心內容。異質納米結構（多個功能組分材料復合在單一納米晶中）能夠集成不同組分的優(yōu)勢，而且常?？梢垣@得優(yōu)于單一組分的協(xié)同性質。如何設計合理的合成方法制備新穎獨特的異質納米結構，并且精確調控材料的組分、分布和形貌，仍然是目前尚待解決的關鍵科學問題。
最近，中國科學技術大學俞書宏課題組與合肥微尺度物質科學國家實驗室江俊課題組、福州大學王心晨課題組合作，基于液相化學轉換方法首次成功制備了一種獨特的一維三元多節(jié)點鞘硫化物異質納米棒-[S1-(S2/M)]-S1-[S1-(S2/M)]-S1-，其中金屬組分選擇生長在分段節(jié)點鞘S2上（S1 = ZnS; S2 = CdS; M = Au, Pd, Pt），通過貴金屬的選擇性生長成功實現了二元type-I型異質結能帶匹配到三元type-II結構的轉換。研究人員通過理論計算模擬分析表明，這種能帶分布保證了光生電子不但可以從CdS節(jié)點鞘轉移到金屬表面，而且同時能夠轉移到暴露的ZnS組分，從而形成兩種富電子活性中心，促使光催化產氫性能得到顯著提高。該成果近期以Hot Paper發(fā)表在《德國應用化學》(Angew. Chem. -Int. Ed. 2015, 54(39), 11495-11500)，并被選為內封面。
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該工作的共同第一作者為博士后莊濤濤和博士生劉研。研究人員巧妙利用連續(xù)的陽離子交換反應，將均勻的ZnS納米棒成功轉化為二元-[ZnS-CdS]-ZnS-[ZnS-CdS]-ZnS-多節(jié)點鞘異質納米棒，再通過異質生長進一步合成了三元-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-[ZnS-(CdS/Au)]-ZnS-異質結構。相比于傳統(tǒng)的核殼或簡單的復合結構，這種一維多節(jié)點鞘的結構特性能更高效地利用太陽光能并有利于電荷的連續(xù)傳輸。更重要的是，金屬在較窄帶隙半導體（CdS）上的選擇性生長導致能帶結構的變化，從而實現type-I到type-II結構的轉換。
論文9月20日發(fā)表后，被MaterialsView以“Metal-semiconductor heteronanorods for efficient photocatalytic hydrogen”為題選為研究亮點，被稱為“事實上，電子-空穴的分離在半導體材料應用領域一直是極為重要的過程，因而這里報道的材料設計策略為利用適當組分進行能帶工程調控并增強其協(xié)同功能提供了新的視角，這一工作為今后合理設計光電功能化的納米體系提供新的思路?！?/font>
http://www.materialsviews.com/metal-nanoparticles-for-efficient-photocatalytic-hydrogen/
上述研究受到國家重大科學研究計劃項目、國家自然科學基金委重點基金、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、中國科學院重點部署項目的支持。
相關文章鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201505442/abstract
（化學與材料科學學院，合肥微尺度物質科學國家實驗室，科研部）
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