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一维CdS纳米管与块体CdS结构在光催化水分解中的对比：维度效应的作用

DOI：10.1002/cphc.201801051 期刊：ChemPhysChem 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 利用最先进的密度泛函理论计算，我们构建了用于光催化水分解的刻面CdS纳米管（NT）催化剂模型?；诘缱咏峁?、能带边缘排列和过电位研究，预测了CdS光催化剂的整体光催化活性。作为对比，我们还研究了CdS块体结构上的水分解过程。通过能带边缘排列结合析氧反应/析氢反应（OER/HER）机制研究，我们确定了这些表面上整体水分解的有效过电位。研究表明，由于强p-d轨道杂化作用，CdS纳米管的价带顶比块体CdS具有更高的稳定化能。这种高度稳定的价带顶对空穴转移过程至关重要，并能降低电子-空穴复合风险。该纳米管进行水氧化反应所需的过电位低于周期性CdS结构。这些发现表明，随着维度降低，CdS的水氧化/还原过程效率会进一步提升。更重要的是，我们发现有两个因素使CdS纳米管相比块体材料成为更优异的光催化剂。此外，稳定的价带顶也有利于其光稳定性——而块体CdS正存在光稳定性问题。
作者： Priyanka Garg，Preeti Bhauriyal，Arup Mahata，Kuber Singh Rawat，Biswarup Pathak
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究一维CdS纳米管与CdS块体结构在光催化水分解效率方面的差异，重点关注维度效应对提升光催化活性的作用。

研究成果

研究表明，由于强烈的p-d轨道杂化作用，CdS纳米管相比块体CdS具有高度稳定的价带顶，这对空穴转移过程至关重要并能减少电子-空穴复合。该纳米管进行水氧化反应所需的过电位低于周期性CdS结构，表明随着维度降低，其水氧化/还原过程的效率得到提升。这些发现凸显出CdS纳米管较之块体材料是更优异的光催化剂，且具有增强的光稳定性潜力。

研究不足

该研究基于理论计算和模型，可能无法完全涵盖所有实验条件和变量。CdS纳米管在实际光催化水分解的合成与应用中，可能会面临理论研究未涉及的挑战。

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