尽管太阳能驱动的半导体光催化剂水分解是一种很有吸引力的制氢途径，但目前还缺乏具有高可见光活性的优异光催化剂。铜基四元硫化物由于其禁带宽度可调，具有良好的可见光吸收性能，已成为重要的光催化剂候选材料。

近日，中科大俞书宏院士设计了一种潜在的光催化剂，即单晶纤锌矿CZIS纳米带（NBs），由无毒、富含稀土的元素组成，在可见光范围内具有很高的吸收效率。

文章要点

1）研究人员首先第一原理密度泛函理论（DFT）计算，确定了用于光催化氢释放反应（HER）的纤锌矿CZIS的（0001）面具有最小的吉布斯自由能变化。根据Bell-Evans-Polanyi原理，（0001）面对于HER具有最低的能垒，这将有助于制氢。然后设计了一种简单的胶体方法来合成暴露（0001）面的单晶纤锌矿CZIS NBs，以及具有油胺（OLA）和1-十二烷硫醇（DDT）辅助的暴露的（0001）面的纤晶纤锌矿CZGS NBs。

2）所制备的纳米带光催化剂表现出优异的组成依赖性光催化性能，在不使用助催化剂，可见光（λ> 420 nm）的情况下，CZIS和CZGS NBs的最高产氢率分别达到3.35和3.75 mmol h^-1 g^-1，高于已报道的CZIS和CZGS光催化剂。重要的是，NBs在保存两个月后仍保持高稳定性和催化反应性。

CZIS和CZGS NBs优异的光催化性能有望为半导体光催化剂的表面工程铺平了道路。

Wu, L., Wang, Q., Zhuang, T. et al. Single crystalline quaternary sulfide nanobelts for efficient solar-to-hydrogen conversion. Nat Commun 11, 5194 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18679-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18679-z