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半導(dǎo)體光催化能夠直接將太陽光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，符合可持續(xù)發(fā)展的理念，是當(dāng)前的研究熱點。硫化鎘（CdS）作為直接帶隙半導(dǎo)體，其帶隙為2.4eV，可以有效利用太陽光譜中的可見光，且導(dǎo)帶價帶位置合適，不論是光催化析氫還是降解有機物都具有巨大的優(yōu)勢。而利用該類材料必須克服兩個主要問題：提高光生電子和空穴的分離和降低光腐蝕。為此，人們設(shè)計了很多基于硫化鎘的異質(zhì)結(jié)材料，期待通過異質(zhì)結(jié)界面來提高光生載流子體的分離效率。近年來，人們發(fā)現(xiàn)同質(zhì)結(jié)材料具有異質(zhì)結(jié)材料所不具備的優(yōu)點，如合成過程簡單，同一材料不同晶相之間晶界結(jié)合更加緊密等。最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院翟茂林教授（通訊作者）和博士研究生趙娜（第一作者）等利用一步輻射還原法，通過調(diào)節(jié)劑量率，制備了一系列不同六方晶系（WZ）含量的立方-六方同質(zhì)結(jié)CdS（ZB-WZ）。結(jié)果表明，當(dāng)劑量率為60 Gy/min時，合成的CdS具有優(yōu)異的光催化析氫和光催化降解羅丹明性能，且光催化析氫穩(wěn)定性達25 h。該文章發(fā)表在國際核心期刊Journalof Materials Chemistry A上（影響因子：9.931）。該論文中作者采用輻射還原法成功合成了CdS同質(zhì)結(jié)納米粒子，通過改變劑量率，控制S2-的生成速度， 進而控制CdS的生成速度，在PVP的存在下，調(diào)控CdS納米粒子的尺寸及其晶相分布。該方法具有操作簡便和綠色環(huán)保（不需要額外添加還原劑）等優(yōu)勢。當(dāng)劑量率為60Gy/min時，制備的CdS同質(zhì)結(jié)納米粒子光催化析氫速率達3.52mmol·h-1·g-1，穩(wěn)定性達25 h；羅丹明降解過程符合一級動力學(xué)，其反應(yīng)速率常數(shù)k值為0.212 min-1。
通過XRD譜圖和Toac曲線分析發(fā)現(xiàn)PVP-capped CdS具有WZ相和ZB相；且隨著劑量率的降低，WZ相逐漸增加，帶隙逐漸降低。
圖3. 不同合成條件下制備的 CdS的SEM圖像。（a-e）劑量率分別為7, 60, 120, 200 和 300 Gy/min時，PVP-capped CdS的形貌；（f）劑量率為60 Gy/min時，不含PVP時CdS的形貌。
通過分析材料的HRTEM圖像中的晶相分布，發(fā)現(xiàn)對于較低劑量率的P-CdS-7而言， ZB-WZ同質(zhì)結(jié)既分布于球體的中心也分布于邊緣，而隨著劑量率的提高，ZB-WZ同質(zhì)結(jié)只分布在球體的表面，中心是ZB相。由于P-CdS-60的WZ相含量相對較高，ZB-WZ同質(zhì)結(jié)又分布在表面，有利于光生載流子體通過相界面進行轉(zhuǎn)移，從而具有最佳的光催化性能。
配置5 wt% PVP含量的乙二醇/水溶液： 50 ml乙二醇與50 ml水混合均勻， 加入5 g PVP，60℃下保持30 min，冷卻至室溫待用。
PVP-capped CdS同質(zhì)結(jié)納米粒子的輻射合成：將1.125 g CdCl2·2.5H2O加入50 mL乙二醇-水(1:1)混合溶劑（含5 wt.% PVP）中，超聲30 min至溶液澄清透明，加入1.3 gNa2S2O3·5H2O，超聲處理30 min至溶液澄清透明。通N230 min以保證空氣中的氧氣去除完全，封管，送樣進行輻照，吸收劑量為300 kGy，劑量率依次為7 Gy/min，60 Gy/min，120 Gy/min，200Gy/min，300 Gy/min。待輻照完畢后，產(chǎn)物通過離心分離，再用水，乙醇分別洗滌3次，60 ℃真空烘箱干燥24 h，研磨后得到的產(chǎn)物為黃色固體粉末。
Na Zhao, Jing Peng, Gang Liu, Youwei Zhang,Wanying Lei, Zhibin Yin, Jiuqiang Li, Maolin Zhai, PVP-capped CdS Nanopopcorns with Type-II Homojunctions for HighlyEfficient Visible-Light-Driven Organic Pollutant Degradation and HydrogenEvolution. J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA03414A