ZnO和TiO2是宽禁带半导体，在紫外波段有良好的光催化产氢能力，但不具备可见光响应能力。若将其吸收光谱拓展到可见光波段，则可充分利用太阳光全光谱能量，实际应用潜力巨大。同时，硫化物体系由于其制备过程简便，化学性质相对稳定，并具有可见光波段响应，能量转化效率较高，且和其他材料体系相容性较好而受到青睐。因此，可以考虑在ZnO@TiO2核壳结构纳米棒表面负载硫化物纳米颗粒，通过形成PN异质结使其具有良好的可见光响应。
苏州医工所检验室董文飞研究员带领研究团队在前期研究基础上，改进了水热合成方法并制备了超长ZnO@TiO2核壳结构纳米线（图1）。通过在其表面负载硫化物固溶体ZnIn0.25Cu0.02S1.395，获得了高比表面积的薄膜电极材料，将宽禁带半导体同窄禁带半导体结合，使光吸收从紫外波段拓展到可见光波段。同时，详细讨论了纳米棒阵列中PN异质结的阶梯能带结构和界面电子传输特性（图2），并进行了光电化学性能表征（图3）和可见光催化水裂解产氢能力测试（图4）。
研究表明，此材料在可见光波段具有良好的光吸收特性，化学性质稳定，能量转化效率较高，对环境无毒性且与其他材料体系相容性较好。特别地，其具有较好的光催化产氢能力，且便于与微纳光电子器件集成，在能源和纳米光电子学领域应用前景良好。相关结果发表在Nanoscale, 2015, 7: 11082-11092（SCI，IF=6.739）。
以上工作得到国家自然科学基金、国家重大基础研究项目、中国国际科学技术合作项目、吉林省科技厅、苏州市科技局等项目的支持。
图1 制备的纳米棒阵列及负载硫化物固溶体后的扫描电镜（SEM）照片
图2 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的光催化机理
图3 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的光电特性表征
图4 负载硫化物固溶体的ZnO@TiO2纳米棒阵列的产氢性能
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