半导体的精确组成和结构工程是制备具有靶向功能光催化剂的有效策略。中空结构材料作为一类独特的光催化剂，由于其固有的特性，如具有较大的比表面积和丰富的暴露活性中心用于捕获和氧化还原，减小电荷垂直转移距离以防止电子空穴复合，以及内反射/散射效应以加强对太阳光的利用等，在光催化CO₂还原方面显示出巨大的应用前景。

基于此，福州大学王心晨教授，唐点平教授，林森教授报道了开发了一种通用的Cu_2-xS纳米立方体模板和反向阳离子交换介导的生长策略来制备中空多元金属硫化物。

文章要点

1）研究发现，与由金属硫化物常数控制的传统阳离子交换方法不同，引入三正丁基膦（TBP）可以逆转阳离子交换以获得一系列中空金属硫化物。

2）在保持模板各向异性形状的同时，研究人员展示了多种中空多元金属硫化物立方纳米结构，包括二元化合物(CdS，ZnS，Ag₂S，PbS，SnS)，三元化合物(CuInS₂，Zn_xCd_1-xs)和四元化合物(Pt单原子锚定的Zn_xCd_1-xS；Zn_xCd_1-xS-Pt₁)。

3）实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，采用分步反向阳离子交换法制备的中空金属硫化物半导体能显著改善光生电子-空穴对的分离和迁移。由于有效的电荷转移，Zn_xCd_1-xS-Pt₁表现出优异的光催化性能，CO生成速率最高可达75.31 μmol h⁻¹。

这项研究展示了反向阳离子交换反应的广泛适用性，用于可控的获得大量以前难以合成的中空组合物，用于光催化和其他能源催化等应用。

参考文献

Ruijin Zeng, et al, Versatile Synthesis of Hollow Metal Sulfides via Reverse Cation Exchange Reactions for Photocatalytic CO₂ Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202110670

https://doi.org/10.1002/anie.202110670