將CO₂轉(zhuǎn)化為高附加值化學燃料，不僅能夠減少CO₂排放，而且也能緩解氣候變暖和滿足日益增長的能源需求。利用半導體材料作為催化劑的光催化還原CO₂是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能的一種綠色技術。

同時，開發(fā)高效穩(wěn)定的光催化劑是光還原CO₂最關鍵的問題。金屬硫化物具有良好的可見光響應，在光催化領域受到廣泛關注。其中，硫化鎘(CdS)具有形貌可調(diào)、帶隙窄、適中的氧化還原電位等特點。

但是，由于CdS電子-空穴對的快速復合和較低的CO₂吸附量，其光催化還原CO₂效率不理想。因此，尋找可靠的方法來同時優(yōu)化CdS光催化劑的電荷分離/轉(zhuǎn)移行為和CO₂吸附能力以實現(xiàn)高效的CO₂轉(zhuǎn)化至關重要。

近日，蘇州大學路建美和陳冬赟等通過在CdS納米球表面包覆多孔CTF-HUST-1層，制備了穩(wěn)定的S型CdS@CTF-HUST-1核殼異質(zhì)結(jié)光催化劑。

實驗結(jié)果表明，最優(yōu)的CdS@CTF-HUST-1光催化劑表現(xiàn)出增強的CO₂光還原活性，其在光照下的CO產(chǎn)率高達168.77 μmol g^?1 h^?1、CO的選擇性為86.72%，以及在400、420、450、500和550 nm處的表觀量子效率(AQE)分別為2.34、1.77、0.73、0.26和0.08%。

此外，該催化劑經(jīng)過5次測試循環(huán)后，光催化性能和選擇性沒有明顯下降，并且光催化劑的形貌，物相組成和化學結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化，表明CdS@CTF-HUST-1異質(zhì)結(jié)光催化劑具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性。

通過實驗和理論計算，研究人員提出了CdS@CTF-HUST-1異質(zhì)結(jié)光催化還原CO₂的可能機理：首先，在光照射下，CdS和CTF-HUST-1上都產(chǎn)生了光生電子-空穴對，并且CdS@CTF-HUST-1異質(zhì)結(jié)光催化劑中的電荷載流子遵循S型轉(zhuǎn)移路徑；

此外，多孔共價三嗪骨架(CTFs)對CO₂的良好吸附增強了CO₂與CdS@CTF-HUST-1光催化劑之間的有效接觸，有助于加速CO₂的光還原反應；最后，在CdS的CB中積累的光生電子可以還原吸附的CO₂生成CO和微量的CH₄，同時，犧牲劑[三乙醇胺(TEOA)]消耗了CTF-HUST-1的VB中的空穴，大大降低了載流子復合的幾率。

綜上，該項工作通過將CTFs和CdS合理耦合制備了S型異質(zhì)結(jié)光催化劑，在吸附和內(nèi)電場的協(xié)同作用下實現(xiàn)了高效光催化還原CO₂，為構(gòu)建高活性核殼結(jié)構(gòu)復合光催化劑提供了一種可行的策略。

Internal Electric Field and Adsorption Effect Synergistically Boost Carbon Dioxide Conversion on Cadmium Sulfide@Covalent Triazine Frameworks Core–Shell Photocatalyst. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308553