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

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。