三氧化钨复合光催化剂用于高效光催化制氢-每日头条

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据悉，华东理工大学研究者成功制备了一种负载于碳布（CT）表面上的Z型异质结复合光催化剂（WCd-CT），该光催化剂无需额外电子传输介质，并且能有效提高光生载流子的分离效率。该研究成果为可回收利用的光催化剂的开发提供了新思路，对未来光催化剂的实际应用具有积极的影响。

WCd-CT光催化剂的合成示意图（图源：Zehong XU/Frontiera in Energy）

众所周知，氢气是一种高能燃料，具有来源广泛、燃烧热值高、产物（水）无污染和易于存储等优点，因而成为低碳转型的一个重要方向。但由于现有生产技术的不成熟，目前我国氢气存在供不应求和价格偏高的情况，这严重阻碍了我国氢能产业的发展。

光催化分解水制氢法是目前最受研究者欢迎的一种制氢技术，具有经济和环境效益。然而，目前光催化分解水制氢研究的主要挑战之一是发现廉价、高活性、良好化学稳定性和长使用寿命的光催化剂，能够同时利用太阳光谱的可见光和紫外部分。

硫化镉（CdS）是一种常用光敏电阻材料，具有合适的带隙和理想的导带位置，已被广泛研究用于光催化制氢中。然而，由于CdS存在光生电子-空穴对复合率高和严重的光腐蚀现象，纯CdS在实际应用中受到严重限制。

为了弥补纯CdS材料的不足和解决传统光催化剂回收困难的问题，华东理工大学研究者在碳布为基底材的情况下，在CdS和三氧化钨（WO3）之间设计了Z型结构，以提高光生载流子的分离效率。

WCd-CT光催化剂在光照下电荷分离和转移情况（图源：Zehong XU/Frontiera in Energy）

研究表明，与单负载CdS碳布（Cd-CT）光催化剂和单负载WO3碳布（W-CT）光催化剂相比，Z型CdS/WO3复合光催化剂具有更高的光催化产氢速率，主要是归因于WO3和CdS的紧密结合，极大地促进了光生电子和空穴的分离，从而使更多的电子可以迁移到表面参与光催化分解水生成氢气。

该研究成果已以“Z-scheme CdS/WO3 on a carbon cloth enabling effective hydrogen evolution”为题发表在Frontiera in Energy上。