设计多型同质结是调节光生电子和空穴的有效方法，从而带来所需的物理和化学性质，并成为太阳能转化为氢气的有吸引力的光催化剂。然而，高产量和可控合成定义明确的多型体，特别是多元硫族化物-有利于高效太阳能转化为氢气的基本因素-尚未实现。

近日，中科大俞书宏院士报道了一种通用的胶体方法，该方法实现了在纤锌矿(WZ)结构上向多型CQS纳米晶体库外延生长钾锰矿(KS)结构，包括Cu₂ZnSnS₄ (CZTS), Cu₂CdSnS₄(CCdTS), Cu₂CoSnS₄ (CCoTS), Cu₂MnSnS₄ (CMnTS), Cu₂FeSnS₄ (CFeTS), Cu₃InSnS₅ (CInTS) 和 Cu₃GaSnS₅ (CGaTS)。

文章要点

1）以多型CZTS纳米晶为例，可以精确控制同质结数目来制备子弹形单同质结多型体(SHP，WZ-KS)和橄榄球形双同质结多型体(DHP，KS-WZ-KS)。此外，研究人员进一步考察了多型CZTS纳米晶的光催化析氢性能。

2）结果显示，多型CZTS纳米晶体比具有相同组成的纯相CZTS纳米晶体表现出更高的光催化活性（SHP为270 μmol h^-1 g^-1，DHP为381 μmol h^-1 g^-1，WZ为145 μmol h^-1 g^-1，KS为98 μmol h^-1 g^-1）。

3）研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算，进一步揭示了多型同质结具有II型带隙排列，有利于光生载流子的分离，从而提高了光催化性能。研究人员进一步检测了其他制备的多型CQS纳米晶体的光催化制氢性能，从而证明了这种概念，即多型同质结可以增强半导体的光催化制氢性能。

参考文献

Wu, L., Wang, Q., Zhuang, TT. et al. A library of polytypic copper-based quaternary sulfide nanocrystals enables efficient solar-to-hydrogen conversion. Nat Commun 13, 5414 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33065-7

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33065-7