三维分级花球状CdS/O掺杂g-C3 N4 纳米片原位构建及其高效光催化产氢性能研究

　　为解决能源危机与环境污染问题，研究人员通过原位溶剂热法合成了一种新型花球状CdS/O-g-C3 N4 异质结光催化剂。该材料凭借梯度能带排列显著提升了可见光吸收与电荷分离效率，在MB降解（120分钟完全降解）和H2 生成（48,000 μmol/g）中表现卓越，其性能分别是纯组分的2.5倍和5.8倍，且具备25小时循环稳定性，为清洁能源开发提供了新思路。

　　

全球能源危机与环境污染的双重压力下，氢能因其零碳排放特性成为替代化石燃料的理想选择。然而，传统光催化剂如石墨相氮化碳(g-C₃
N₄
，CN)存在可见光吸收范围窄（<460 nm）、载流子复合快等瓶颈。如何通过材料设计突破这些限制，成为光催化领域的关键科学问题。

针对这一挑战，中国科学院的研究团队创新性地开发了三维分级花球状CdS/O掺杂g-C₃
N₄
异质结光催化剂。该研究通过非金属氧原子掺杂调控CN的电子结构，结合CdS原位生长构建紧密界面接触，实现了可见光响应范围扩展与电荷分离效率的协同提升。相关成果发表在《Journal of Colloid and Interface Science》上，为高效稳定光催化剂设计提供了新范式。

研究采用溶剂热法原位生长CdS于O-g-C₃
N₄
基底，通过PL光谱、UV-vis DRS（紫外-可见漫反射光谱）和EIS（电化学阻抗谱）等表征手段分析材料光电性能，并测试了MB降解和H₂
生成活性。

Results and discussion

1. 形貌调控：溶剂热法成功制备了具有分级孔隙的花球状结构，比表面积较纯CN提升3倍，为反应提供丰富活性位点。
2. 能带优化：O掺杂使CN带隙从2.7 eV降至2.5 eV，可见光吸收边红移60 nm；CdS/OCN-10m异质结形成II型能带排列，PL强度降低78%，证实电荷分离增强。
3. 性能突破：最优样品CdS/OCN-10m的H₂
   生成速率达48,000 μmol h^-1
   g^-1
   ，是纯CdS的5.8倍；MB降解速率常数0.0123 min^-1
   ，循环5次后活性保持率>95%。

Conclusion
该研究通过"氧掺杂+异质结"双策略协同作用，解决了传统CN基材料光响应范围窄和载流子复合快的核心问题。CdS/OCN花球结构特有的三维通道促进了光生电子-空穴对分离，其48,000 μmol/g的产氢性能达到国际先进水平。更重要的是，溶剂热法无需氟化物模板，兼具环保性与可放大生产优势，为工业化应用奠定基础。这项工作不仅深化了对异质结光催化剂构效关系的认识，也为碳中和目标下的清洁能源技术开发提供了重要参考。