CO₂和H₂O生成碳氢化合物和水的光催化反应过程是地球上生物的基础反应，但是这种反应的工作效率较低（< 1 %），因此有较大提升潜力（太阳能电池系统的光利用率一般达到15 %）。目前TiO₂等材料能在光催化CO₂转化反应展现催化性能，通过对TiO₂的修饰能够实现提升光催化效果，但是总体的催化效率依然太低。最近一段时间，人们发现二维过渡金属硫化物能够在光催化转化反应中起到较好的催化作用。在二维过渡金属硫化物中，SnS₂是较好的可见光催化剂（能带结构：2.2~2.5 eV）。CdI₂结构的SnS₂展现了多种领域中的应用，比如能源储存、光电器件、光电催化、电化学CO₂还原反应等。

       台湾大学Chen Li-Chyong、台湾科学院Chen Kuei-Hsien和Shown Indrajit、台湾清华大学Lee Chih-Hao等通过合成碳掺杂的SnS₂材料并讨论了这种结构材料在光催化CO₂还原反应中的应用。通过角分辨X射线近边吸收谱（XANES）对C-SnS₂材料中的光生电荷转移过程进行分析，通过原位暗电流和Raman方法对材料的CO₂反应进行表征。作者发现通过在SnS₂材料中掺杂1 %的碳实现了CO₂转化效率108倍的提升，反应中89 %的产物转化为CH₄。这种光催化效率的提升是由更好的光吸收性能，SnS₂和C之间更好的电荷转移过程导致的。

工作要点：

（1）C-SnS₂合成方法。在SiO₂/Si基底上生长雪花结构300 nm厚度的SnS₂材料（通过SnO（630 ℃）和S（160 ℃）作为原料）。随后在ion-implanter作用下进行C掺杂。

（2）通过XPS、XRD、TEM等方法对材料的结构进行表征。UVVIS测试发现C掺杂的样品可见光吸收性能大幅度提高，能带由2.4 eV降低到2.3 eV。荧光测试发现C掺杂能够改变催化剂的荧光作用，降低534 nm处的荧光强度，提高737 nm处的荧光强度。通过Raman测试，发现C掺杂能将催化剂的拉曼吸收峰偏移；TRPL方法对催化剂进行表征，发现C掺杂能够将催化剂的荧光寿命降低。角分辨XAFS测试发现，C掺杂的样品中Sn的K边吸收有增强，但是S的K边吸收降低，并发现样品中S产生了1 s激发到非键轨道中的吸收。作者认为XAFS测试结果说明C掺杂后，Sn中更多电子转移到S原子中。

（3）光催化反应。分别使用150 W汞灯和模拟太阳能灯对光催化剂进行光照。并使用¹³CO₂作为原料测试了反应产物，证明生成了¹³CH₄、¹³CH₃¹³CHO。

参考文献

Tadesse Billo; Indrajit Shown*; Aswin kumar Anbalagan; Tirta Amerta Effendi; Amr Sabbah; Fang-Yu Fu; Che-Men Chu; Wei-Yen Woon; Ruei-San Chen; Chih-Hao Lee*; Kuei-Hsien Chen*; Li-Chyong Chen*

Nano Energy 2020, 72, 104717

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104717

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520302743