主要观点总结
本文报道了一种使用木质素复合材料与廉价金属合成CdS@Co-N/C复合光催化剂的方法，旨在解决全球能源危机。该催化剂在模拟阳光下的产氢效率显著提高，比纯CdS高出8.4倍，并且表现出良好的稳定性。研究通过一系列实验和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了其增强光催化产氢性能的原理。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
为解决全球能源危机，研究者致力于开发经济可行的光催化产氢方案。
关键观点2: 研究目的
通过使用木质素复合材料与廉价金属合成新型光催化剂，旨在提高光催化产氢的效率和稳定性。
关键观点3: 研究方法
采用简单的水热法合成CdS@Co-N/C复合光催化剂，将CdS颗粒原位负载到Co-N/C木质素碳材料上。
关键观点4: 研究成果
CdS@Co-N/C复合材料显著提高了光催化产氢效率，最佳产氢速率达到6.11 mmol g ⁻¹ ，且表现出良好的稳定性。通过电化学实验和DFT计算，揭示了复合材料的光催化机制。
关键观点5: 研究亮点
该研究提供了一种可持续的产氢光催化剂，有效解决了载流子复合、光腐蚀和团聚问题，为无贵金属条件下的高效光催化产氢提供了新的思路。
正文
将木质素复合材料与廉价金属应用于光催化产氢，为解决全球能源危机提供了一种经济可行的方案。CdS作为一种广泛使用的光催化剂，面临诸多挑战，例如电子-空穴快速复合、严重的光腐蚀、稳定性差以及纳米粒子易团聚等问题。为克服这些局限性，我们通过一种简单的水热法合成了CdS@Co-N/C复合光催化剂，将CdS颗粒原位负载到Co-N/C木质素碳材料上。CdS纳米颗粒在Co-N/C上的均匀锚定有效防止了粒子团聚，缓解了光腐蚀，增加了表面积与质量比，并提供了更多活性位点。在使用100 mg CdS@Co-N/C作为催化剂的条件下，最佳光催化产氢速率达到了6.11 mmol g
⁻¹
，比纯CdS提高了8.40倍。该木质素碳复合材料表现出了显著的稳定性，在五个循环后仍能保持较高的产氢效率且无明显下降。电化学实验和密度泛函理论（DFT）结果表明，复合材料中来源于木质素的碳具有导电性，与Co纳米粒子协同作用，作为电子受体，增强了电子传递并加速了CdS中光生电荷载流子的分离，从而提升了光催化产氢效率。本研究提出了一种简单、经济且无贵金属的光催化产氢方法
。
图文摘要
-
提供了一种可持续的产氢光催化剂，为实现碳中和做出贡献。
-
开发了一种与木质素衍生碳复合的CdS材料，有效解决了载流子复合、光腐蚀和团聚问题。
-
CdS@Co-N/C复合材料在模拟阳光下的产氢量提高了8.4倍，展现出无贵金属条件下的高稳定性和高效性。
图2 不同催化剂的X射线衍射图谱
（a）
、傅里叶变换红外光谱
（b）
、拉曼光谱
（
c）
以及氮气吸附-脱附等温线和孔径分布曲线
（d）
图3 CdS
（
a）
、Co
-
N/C
（b）
和CdS@Co
-
N/C
0.1
（c）的
扫描电子显微镜图像
；
CdS@Co
-
N/C
0.1
的
透射电子显微镜图像
（
d）
、高分辨透射电子显微镜图像
（e）
、选区电子衍射图样
（f）
、扫描透射电子显微镜图像及其能量色散光谱元素分布图
（g）
图4 CdS、CdS@N/C和CdS@Co
-
N/C
0.1
的X射线光电子能谱高分辨率光谱图：Cd 3d（a）；S 2p（b）；C 1s（c）；Co 2p（d）
图5 所制备样品的光催化产氢曲线（a）和光催化氢气演化速率（b）；CdS@Co
-
N/C
0.1
光催化剂的
光催化制氢循环稳定性测试（c）；在
CdS@Co
-
N/C
0.1
的光降解过程中使用的不同捕获剂（d）
图6 紫外-可见漫反射光谱（a）；计算光学带隙的 (αhν)² 与光子能量的陶克图（b）；
VB-XPS谱图（c-e
）；
CdS@Co
-
N/C
0.1
与CdS
和CdS@N/C的光电流光谱的对比（f）；
电化学阻抗谱（g）
图像（
a-b
）；CdS@
Co
-
N/C
0.1
中不同元素的态密度图像
（c）；
C
dS@Co
和CdS
@Co
-
N
/C的差分电荷图像（d-e）
教授
广东工业大学轻工化工学院
教授，博士生导师，现任广东工业大学校长。国务院特殊津贴专家，国家杰出青年科学基金获得者，入选国家新世纪“百千万”人才工程。
广东工业大学轻工化工学院博士生/硕士生导师，
“百人计划”教授，国家优秀青年基金获得者，广东省杰出青年科学基金获得者，广东省植物质资源生物炼制重点实验室副主任、广州市青科协副会长、广东省林学会木竹材加工利用专业委员会委员。
赞助基金项目：
国家自然科学基金（22078069、22422802和22038004）以及中国博士后科学基金资助项目（GZB20230172和2023M740748）
文章链接：
https://doi.org/10.1007/s44246-024-00187-0
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更好地理解土壤中铁循环对碳的稳定及降解的作用
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