ACS Nano: 合成无表面活性剂Au-CdS，实现广谱光催化析氢

等离子体金属纳米材料的加入可以通过局域表面等离子共振(LSPR)机制显著提高半导体光催化剂的可见光响应。然而，等离子体金属纳米材料的表面常常覆盖表面活性剂分子，这在一定程度上会影响纳米材料进行光催化析氢，因为表面活性剂分子可以通过阻断活性位点和/或通过抑制表面电荷转移过程损害纳米材料的辅助催化功能。

基于此，华东理工大学张金龙和Ziwei Ye等报告了界面自组装技术合成无表面活性剂的An胶体(AuCS)，并使用它们进一步合成核壳Au-CdS光催化剂(AuCS@CdS)。

具体而言，组装金纳米颗粒(NPs)到金胶体体(AuCSs)，而无需修饰他们的表面与表面活性剂；随后通过原位沉积法，将所得AuCSs与CdS偶联，制备了Au-CdS复合光催化剂。金纳米粒子的组装诱导了AuCSs更广泛和更强烈的LSPR反应，而表面活性剂的缺失使它们能够有效地作为共催化剂。

实验结果表明，在模拟太阳光辐照下，最优的AuCS@CdSs催化剂的产氢速率高达235.8 mmol g⁻¹ h⁻¹，同时，该催化剂在反应过程中也表现出优异的稳定性，其活性在连续反应9个小时内几乎保持不变，并且反应后材料的组成和结构不会发生变化。

机理实验结果显示，AuCS@CdSs的光催化氢析出机理为：当入射光与AuCS@CdS相互作用时，AuCS在其表面周围产生一个强大的电磁场，这显著地促进了CdS内部电子-空穴对的产生；在没有表面活性剂分子的情况下，由于费米能级的不同，在Au-CdS界面上形成了一个肖特基势垒，肖特基势垒的形成有助于提高载流子分离效率；当CdS壳层内产生的光电子穿过肖特基势垒，到达发生氢还原的金表面时，就会产生较高的析氢活性。

总的来说，这项工作表明，利用等离子体金属纳米结构高效利用太阳光具有巨大的潜力，同时也突出了耦合LSPR性能和共催化性能实现高析氢活性的重要性。

Rational Synthesis of Au–CdS Composite Photocatalysts for Broad-Spectrum Photocatalytic Hydrogen Evolution. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c02092