当今,工业化、城镇化的快速发展,导致全球能源资源短缺,并加剧着环境恶化。因此,我们迫切需要寻找一种新的绿色技术来解决上述的能源和环境危机。近年来,将太阳能转化为化学燃料的半导体光催化技术得到了广泛的研究。硫化镉(CdS)作为一个典型的光催化剂,具有合适的能带结构运行太阳光吸收和还原反应动力,在光催化还原水质子制氢应用中备受关注。然而,较低的光生电荷分离利用效率严重限制着CdS材料的实际应用。本文通过采用表面共轭组装策略分别优化CdS的光生电子和空穴动力学,提高了载流子的分离、传输和反应活性,使CdS基材料展现出显著提升的光催化活性,为设计高效能光催化剂提供了有益策略。具体内容如下:1.装载廉价助催化剂,是提升半导体光催化反应的有效方法,然而,如何协调光敏半导体和助催化位点功能偶联仍然是一个巨大的挑战。在此,我们发展了一种阳离子配位竞争策略,可控合成出杂化MoS2边缘的CdS纳米颗粒复合材料MoS2/CdS(CM),择优装载的活性位点使得CdS中光生电子的迁移和注入氢演化反应(HER)动力提升。因此,杂化的CM复合物展现出优越而稳定的光催化析氢活性,析氢速率高达1009mmolh-1 g-1,超过纯CdS的104倍,达到目前最先进的光催化析氢活性水平。这项工作为光敏半导体上配置助催化活性位点提供了一种优化方案,以实现高效的太阳能光催化制氢。2.太阳能分解水制氢(H2)是一种可持续的绿色能源技术,其效能主要受限于缓慢的水氧化反应动力和较低的热电荷利用率。在此,我们在CdS纳米颗粒上修饰富硫基团作为空穴提取链,并用热力学容易的尿素氧化反应取代水氧化反应,进而加速了电荷分离的动力学,同时降低了氧化反应的热力学势垒。我们实验演示了核壳型CdSxO催化剂在尿素废水溶液中光解制氢的优越活性,析氢速率高达1.49 mmol g-1 h-1,显量子效率在420nm时高达2.4%。氧化反应取代策略被证实在促进电荷分离、协调优化全反应方面是一个可行、有效的方案,同时还能协同实现废水处理,具有显著的应用价值。