Page 76 - 《精细化工）》2023年第10期

·2154· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

Ⅱ型异质结构，有效地促进了载流子的空间分离。 范围，增强了载流子的空间分离。当 n(ZnS)∶
同时，碳起到电子受体的作用，持续地接受来自 n(ZnO)=1.5∶1 时，ZnS/ZnO 异质结光催化剂的光催
−
CB ZnO 上的 e ，进一步增强载流子的转移和分离。 化产氢效率最佳，为 9.97 mmol/(g·h)。
2.2 分解水产氢 2.3 CO 2 还原
氢能（H 2 ）是一种具有高能量密度的绿色能源， 自然资源和化石燃料的燃烧以及汽车尾气的排
被视为 21 世纪最具发展潜力的新型能源，其有效的 放，使环境中 CO 2 的含量逐渐增加，引发了能源危
开发和利用可以降低对石油、煤炭和天然气等化石 机和全球变暖等一系列严重问题 [59-61] 。利用光催化
燃料的依赖，能够有效缓解当今世界所面临的环境 技术还原 CO 2 ，既可以消除温室效应和环境污染，
污染、能源短缺和温室效应等问题 [52-54] 。 又可以将 CO 2 转化成 CH 4 、CH 3 OH 和 HCOOH 等有
HONG 等 [55] 结合化学沉淀法和高温热处理，构 价值的化学物质 [62-64] 。AKBARI 等 [65] 采用溶液燃烧
建了组成可控的Ⅱ型 ZnS/ZnO 异质结光催化剂，并 合成法一步合成了Ⅱ型 ZnS/ZnO 异质结光催化剂，
将其用于分解水产氢反应。在模拟太阳光照射下， 并研究了其光催化 CO 2 的还原活性。在紫外光照射
ZnS 的产氢效率为 13.5 μmol/(g·h)，而 ZnS/ZnO 异 下，ZnS/ZnO 异质结光催化剂对 CO 2 的光催化还原
质结的产氢效率提升至 494.8 μmol/(g·h)。BAO 等 [56] 转化率能够达到 45%，分别是 ZnS 和 ZnO 的 5.6 倍
利用离子交换法构建了Ⅱ型 ZnS/ZnO 异质结纳米棒 和 3.2 倍；在可见光照射下，ZnS/ZnO 异质结对 CO 2
阵列，并探究了其光催化分解水产氢性能，该异质 的光催化还原转化率为 13%，分别是 ZnS 和 ZnO 的
结光催化剂在模拟太阳光照射下的产氢效率和量子 6.5 倍和 4.3 倍，这是由于Ⅱ型 ZnS/ZnO 异质结提高
产率均约为 ZnO 和 ZnS 的 10.1 倍和 1.7 倍。以上两 了载流子的空间分离效率，延长了载流子的寿命，
种光催化剂产氢活性的增强都要归因于Ⅱ型异质结 能够更加高效地还原 CO 2 。MOHAMED 等 [66] 采用一
−
的构建，ZnO 与 ZnS 紧密的界面接触促进了 e 和 h + 锅法合成了多孔 ZnS/ZnO 异质结光催化剂。相对于
−
的空间分离，水被催化剂表面的 e 还原为 H 2 。LUAN ZnS 和 ZnO 来说，ZnS/ZnO 异质结光催化剂还原
等 [57] 采用水热方法，利用离子交换方式将无序的 CO 2 的性能有所提高，这是由于 ZnS 与 ZnO 之间 S
ZnS 壳沉积在有序的 ZnO 核上，同时在 ZnO 中引入 型异质结界面促进了载流子的迁移，提高了有效载
Zn 间隙缺陷（I Zn ），构建了二维 Z 型 ZnS/ZnO 核壳 流子的寿命和氧化还原能力。当 Pt 纳米粒子（NPs）
异质结光催化剂，并通过分解水产氢性能评估其光 沉积在 ZnS/ZnO 表面上，CH 3 OH 的生成速率得到
+
催化活性。理论上，ZnO 的导带电势比 H /H 2 的氧 了显著的提高，约为 ZnS/ZnO 异质结光催化剂的 20
化还原电势更正，所以不具备光催化产氢活性。当 倍。金属 Pt 的功函数高于 ZnS，当 Pt NPs 与 ZnS
2−
用 Na 2 S/Na 2 SO 3 作牺牲剂时，ZnO 与 S 反应并在 接触时，ZnS 上的电子会转移至 Pt NPs 上，形成肖
ZnO 表面形成少量的 ZnS，从而具备了产氢活性。 特基结，导致半导体能带弯曲。在光的照射下，CB ZnS
−
相比而言，ZnS/ZnO 核壳异质结光催化剂的最佳产 上的 e 定向转移至 Pt NPs 上，增强载流子的空间分离。
氢效率和反应速率常数分别是初始 ZnO 的 23.2 倍和 综上所述，ZnS/ZnO 异质结光催化剂在有机污
10.4 倍，这主要是因为 Z 型 ZnS/ZnO 异质结光催化 染物降解、分解水产氢和 CO 2 还原领域得到了广泛
剂中高度有序的 ZnO 和 I Zn 诱导了载流子的转移， 的应用。如表 1 所示，ZnS/ZnO 异质结光催化剂的
而无序的 ZnS 促进了载流子的分离，最终提高了 e − 结构类型与其光催化性能之间有着紧密的联系。此
的利用率和还原能力。蒋洁等 [58] 结合水热途径和离 外，ZnS/ZnO 异质结光催化剂的形貌结构、组分比
子交换策略，将 ZnS 原位生长在 ZnO 表面，构建了 例、壳层厚度和表面缺陷也是影响其光催化性能的
S 型 ZnS/ZnO 异质结光催化剂，拓宽了光吸收波长 主要因素。

表 1 不同类型 ZnS/ZnO 异质结的光催化性能
Table 1 Photocatalytic performances of various types of ZnS/ZnO heterojunctions
降解有机污染物 分解水产氢 CO 2 还原
时间/ 参考
类型 形貌结构 光源 降解率
min 污染物 牺牲剂 产氢效率 产物 产量 文献
/%
Ⅱ型异 ZnS/ZnO 250 W 汞灯 180 罗丹明 B 96.1 — — — — [18]
−3
质结 纳米片 5×10 g/L
ZnS 纳米粒子/ 300 W 汞灯 120 四环素 93.0 — — — — [19]
−2
ZnO 纳米棒 1×10 g/L
ZnS/ZnO 250 W 汞灯 40 罗丹明 B 98.5 — — — — [46]
花状微球 1×10 mol/L
−5