全光谱驱动光催化技术在环境保护和可再生能源方面展现出了巨大的潜力。这项技术不仅能有效地将环境污染物转化，解决水污染问题，同时也能用于光催化水分解产生氢气，有助于减少对有限化石燃料资源的依赖。为了更有效地利用催化剂，可以将其同时应用于光催化降解和氢气产生反应中，从而开发具有全光谱能力的双功能光催化剂。然而，大多数半导体仅受紫外-可见光(UV-Vis)范围的激发，同时还面临着载流子复合率高等问题。在光催化技术的发展过程中，因此必须应对这些挑战。为了解决这一问题，开发全光谱光催化剂并构建s型异质结已成为必然选择。
近日，材料学部先进材料计算与设计团队在全光谱光催化方面取得研究进展。团队将化学沉淀法制备的0D CuWO4纳米颗粒与水热法制备的1D Mn0.3Cd0.7S纳米棒通过机械研磨法合成了系列一维CuWO4/Mn0.3Cd0.7S全光谱S型异质结光催化剂。成功地提高了光催化剂的双功能性，既可以用于制氢，又可以用于有机污染物的降解。通过构筑精密的半导体带工程，不仅保持了强大的氧化还原能力，还有效地减轻了光腐蚀的影响。通过详细的光电表征和密度泛函理论(DFT)计算，深入探索了CuWO4与Mn0.3Cd0.7S之间的相互作用，为光催化剂的发展提供了新的见解。
图1. CuWO4，Mn0.3Cd0.7S和CuWO4/Mn0.3Cd0.7S样品在(a-b) UV-Vis和(c-d) NIR下的DMPO-·O2−和DMPO-·OH的EPR光谱，(e) Mott-Schottky图; (f) CuWO4 (001)表面和(g) Mn0.3Cd0.7S (010)表面的电荷密度差异和结构(插图)，(h)差分电荷，黄色和蓝色区域表示电子的积累和消耗；(i) CuWO4/Mn0.3Cd0.7S的S-scheme电荷转移机制
相关研究成果以“0D/1D CuWO4/Mn0.3Cd0.7S S-scheme heterojunctions for full-spectrum bifunctional photocatalytic degradation and hydrogen production”为题在国际期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院I区，TOP期刊，IF：9.9）上在线发表。齐鲁工业大学（山东省科学院）材料学部2021级研究生韩若婷为第一作者，卢启芳教授和郭恩言副教授为共同通讯作者。该研究得到山东省自然科学基金和济南市人才发展专项资金项目等的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.05.206