光解水制氫是解決全球能源危機和環境汙染問題最有前途的方法之一。考慮到太陽光（UV： 5%，可見光：43%，紅外：52%）的能量分佈，可見光和近紅外（NIR）光的有效利用是開發高效光催化劑的關鍵。過去已經開發各種方法來擴大光催化劑的光吸收，將半導體與光吸收器整合是一種有效的策略。採用合適的組分構建複合光催化劑，不僅可以擴大光吸收範圍同時也提高了光能載流子的分離。複合光催化劑中不同組分的介面是控制光催化效能的一個重要引數，它會影響光生載流子在複合材料中的轉移。雖然已有研究表明含有上轉換材料的複合光催化劑在利用長波長的光方面具有優勢，但其介面特性在影響這類複合材料活性方面的潛在作用卻很少研究。

中科院金屬研究所的研究人員

以上轉換材料NaYF4:Yb,Er和可見光活性光催化劑CdS為模型體系，透過調節介面接觸來提高光催化活性的潛力

。強介面接觸在實現高光催化產氫中起著重要作用，探討了增強的可能誘因。相關論文以題為“Strong interface contact between NaYF4：Yb，Er and CdS promoting photocatalytic hydrogen evolution of NaYF4：Yb，Er/CdS composites”發表在Journal of Materials Science & Technology。

論文連結：

https：//doi。org/10。1016/j。jmst。2021。05。069

合成NaYF4：Yb，Er/CdS複合材料時，將200mg NaYF4：Yb，Er和100 mg CdCl3分散在10 mL甲醇中攪拌10 min，然後離心，甲醇洗滌，再離心。將沉澱物放入含有120mg Na2S的10 mL甲醇溶液中攪拌10 min，離心後在空氣中90℃乾燥10 h，得到的樣品簡稱為：NaYF4：Yb，Er/CdS。將NaYF4：Yb，Er/CdS分別在350、380、400、450℃的氬氣下，以50mL/min的速度退火1h，得到的樣品稱為NaYF4：Yb，Er/CdS-T，其中T為溫度。

研究發現，在NaYF4：Yb，Er表面有大量約30 nm的奈米顆粒，顆粒的晶格間距為3。4和2。9，分別對應於立方CdS的（111）和（002）平面。CdS與NaYF4：Yb，Er之間存在非晶層。六方相CdS結晶度高，與NaYF4：Yb，Er形成良好的介面相互作用，介面不存在非晶層。退火溫度對NaYF4：Yb，Er/CdS樣品的形貌有明顯影響，隨著退火溫度的升高，CdS顆粒變小，這可能是由於相變引起的體積收縮，以及表面能的最小化使NaYF4：Yb，Er奈米棒的橫向形狀由六邊形變為圓形。

圖1 NaYF4：Yb，Er/CdS-T合成過程示意圖

圖2 （a-c） NaYF4：Yb，Er/CdS和（d-f） NaYF4：Yb，Er/CdS-380的SEM、TEM和高解析度TEM圖

圖3 （a） NaYF4：Yb，Er/CdS和NaYF4：Yb，Er/CdS-380的紫外-可見-近紅外吸收光譜； （b）光致發光光譜； （c）不同溫度下退火的NaYF4：Yb，Er/CdS的紫外-可見-近紅外吸收光譜； （d） PL光譜

圖4 （a， c）λ>400nm和（b， d） λ>600nm光照射下，不同樣品的光催化析氫速率

本文研究了由上轉換NaYF4：Yb/Er奈米棒與光催化奈米顆粒CdS組成的NaYF4：Yb，Er/CdS複合材料。所有退火樣品的發射強度都顯著高於原始的NaYF4：Yb，Er/CdS。退火後的樣品中，NaYF4：Yb，Er/CdS-380的發射峰最弱。在380℃的最佳退火溫度下得到的NaYF4：Yb，Er/CdS複合材料在λ>400 nm和λ>600nm的光照下，與未退火的複合材料相比，其光催化產氫能力顯著增強。本文對開發高效的上轉換輔助光催化材料體系具有重要意義，為進一步最佳化上轉換材料複合光催化劑的效能提供了參考。（文：破風）

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