Kopparbaserade kvartära sulfid nanomaterial, speciellt för Cu-Zn-In-S (CZIS) och Cu-Zn-Ga-S (CZGS), som består av icke-toxiska element är attraktiva kandidater för solfotokatalytisk väteproduktion på grund av deras inställbara bandgap, god kemisk och termisk stabilitet, miljövänlighet, och enkel syntes från rikliga och billiga utgångsmaterial. Tyvärr, låg elektrisk ledningsförmåga, snabb rekombinationshastighet av fotogenererade elektroner och hål såväl som de mindre tillgängliga ytaktiva platserna har kraftigt begränsat deras fotokatalytiska prestanda.
Nyligen, forskargruppen ledd av prof. YU Shuhong vid University of Science and Technology i Kina har designat en enkel kolloidal metod för att syntetisera enkristallina wurtzite CZIS nanobälten, samt de enkristallina wurtzite CZGS nanobältena assisterade med oleylamin och 1-dodecanetiol. Forskningsartikeln med titeln "Enkla kristallina kvartära sulfid nanobälten för effektiv sol-till-väte-omvandling, " publicerades den Naturkommunikation den 15 okt.
Forskare använde först den första principen densitet funktionell teori (DFT) beräkning för att utforska utforska reaktionen Gibbs energi (ΔGH) av (0001), (1010), och (1011) aspekter av wurtzite CZIS. Beräkningsresultaten visade att (0001) facetten hade den minsta bindningsstyrkan till atomärt väte. Enligt Bell-Evans-Polanyi-principen, forskare förväntade sig att facetten (0001) var den mest gynnsamma ytan för fotokatalytisk väteproduktion på CZIS.
Forskare designade sedan en enkel kolloidal metod för att syntetisera enkristallina wurtzite CZIS nanobelts (NBs) som exponerar (0001) aspekten, såväl som de enkristallina wurtzite CZGS NB:na med den exponerade (0001) facetten assisterad med oleylamin och 1-dodekantiol. De framställda nanobelt-fotokatalysatorerna visar utmärkta kompositionsberoende fotokatalytiska prestanda, för CZIS och CZGS nanobälten under synligt ljus (λ> 420 nm) utan samkatalysator.
Detta arbete visar betydelsen av ytkonstruktion av kvaternär sulfidfotokatalysator för att uppnå bättre prestanda. Denna fotokatalysatordesignmetod kan utnyttjas till andra halvledarmaterialsystem, vilket möjliggör nya fotokatalysatorer som använder lågkostnadselementen för att effektivt katalysera speciella reaktioner.
