采用一步水热法合成泡沫镍(NF)自支撑的Co₉S₈/Ni₃S₂@NF杂化纳米棒阵列，其可以作为尿素氧化反应(UOR)和析氢反应(HER)的双功能催化剂。物相分析、形貌表征和电化学测试结果表明Co₉S₈/Ni₃S₂@NF异质结杂化纳米棒阵列通过Co₉S₈与Ni₃S₂之间的耦合异质界面促进了电子转移，提高了电荷转移速率。同时，该催化剂的粗糙表面使其展示出优异的超亲水性和超疏气性，有利于气体输送以及电解液扩散。在UOR和HER中，该催化剂分别在120和103 mV的低过电位下就能达到100和10mA·cm^-2的电流密度。此外，利用合成的Co₉S₈/Ni₃S₂@NF电极同时作为阴极和阳极，当电流密度达到100 mA·cm^-2时双电极电解池的运行仅需要1.57 V的低电压，并且在20 mA·cm^-2电流密度下稳定运行27 h，无明显活性衰减。

同时提升体相和表面电荷分离与利用效率对于实现高效光催化析氢反应至关重要。本研究采用溶剂蒸发策略，将NiCr₂O₄纳米片负载于孪晶Cd_0.5Zn_0.5S (T-CZS)纳米颗粒表面，成功制备了NiCr₂O₄/T-CZS复合材料。经过优化，6% NiCr₂O₄/T-CZS在以聚乳酸(PLA)塑料为牺牲剂的NaOH溶液中析氢速率(r_H2)达到81.4 mmol∙h⁻¹∙g⁻¹，这一显著提升主要归因于T-CZS由纤锌矿Cd_0.5Zn_0.5S (WZ-CZS)和闪锌矿Cd_0.5Zn_0.5S (ZB-CZS)组成，二者能带结构存在微小差异，使得WZ-CZS与ZB-CZS之间及T-CZS与NiCr₂O₄之间形成了S型电荷转移路径，从而促进了体相和界面电荷快速分离，确保了具有强还原能力的电子参与析氢反应(HER)。此外，借助NiCr₂O₄的局域表面等离子体共振(LSPR)效应，增强了体系对紫外-可见-近红外光的吸收，产生的热电子进一步促进了HER。同时，NaOH溶液增强了空穴的氧化反应驱动力，间接提高了HER动力学。研究还发现，其它金属铬酸盐(MCr_xO_y)，如CoCr₂O₄、AgCrO₂、Bi₆CrO₁₂、BaCrO₄、ZnCr₂O₄、CdCr₂O₄、CuCr₂O₄等，也能不同程度提高T-CZS析氢活性。上述研究结果表明，同质异质结中体相与界面S型电荷转移路径能够实现高效光催化产氢与废塑料降解过程的有效协同，为解决能源与环境挑战提供了新的思路。

通过光催化水裂解制氢来生产可再生燃料具有巨大的潜力。然而，缓慢的析氢动力学和较差的水吸附对光催化剂构成了重大挑战。在这项研究中，我们开发了一种简单的水热法，用于从金属有机框架(MOF)中合成Bi₂O₃ (BO)，并将其负载到花状ZnIn₂S₄ (ZIS)上。该方法显著增强了水吸附和表面催化反应，从而显著提高了光催化活性。以三乙醇胺(TEOA)作为牺牲剂，在BO上负载15% (质量分数) ZIS时，析氢速率达到了1610 μmol∙h⁻¹∙g⁻¹，是纯BO的6.34倍。此外，利用密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)计算，我们确定了ZIS/BO S型异质结界面上的反应，包括水吸附和催化反应的活性位点。这项工作将为开发具有特定电子性能和润湿性的高性能复合光催化材料提供有价值的见解。

开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率，在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应，在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中，Zn_0.5Cd_0.5S是一种带隙较窄、导带位置较高、耐光腐蚀的还原型光催化剂；然而，单一Zn_0.5Cd_0.5S中光生电子和空穴的复合率较高，只有少部分光生载流子参与光催化反应，导致量子效率较低而无法达到实际需求。WO₃是一种典型的氧化型光催化剂，具有较低的价带位置和较强的氧化能力，是与Zn_0.5Cd_0.5S耦合构建S型异质结的理想半导体。基于此，本文通过静电纺丝和水热方法将Zn_0.5Cd_0.5S纳米片垂直生长在WO₃纳米纤维上，制备了具有核壳结构的WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结。功函数的差异驱动Zn_0.5Cd_0.5S的电子转移到WO₃上，在界面处形成内建电场并使能带弯曲。通过原位光照X射线光电子能谱、电子顺磁共振和时间分辨荧光光谱分析，发现在内建电场、弯曲能带和库仑吸引力的作用下，WO₃导带上的光生电子迁移到Zn_0.5Cd_0.5S价带上并与其光生空穴复合，表明WO₃和Zn_0.5Cd_0.5S之间形成了S型异质结，实现了具有强氧化还原能力的载流子的高效分离。得益于独特的S型光催化机制以及反应物在催化剂表面的有效吸附与活化，在没有贵金属助催化剂的情况下，WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结在产氢(715 μmol∙g⁻¹∙h⁻¹)和乳酸转化为丙酮酸方面表现出增强的光催化活性，实现了光生电子和空穴的高效利用。原位漫反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了光催化产氢和有机物转化的反应机理。本工作为设计和研究新型S型异质结光催化剂、实现高效产氢耦合有机物转化提供了新的见解。

设计与构建兼具高效光生载流子分离能力和强氧化/还原能力的双功能S型异质结光催化剂，在能源转换与环境净化的光催化应用中具有重要实践价值。本研究通过静电纺丝与水热法系统设计合成了一系列新型x% CoWO₄/CdIn₂S₄复合材料(x%代表CWO与CIS的质量比；x = 10, 20, 30, 40, 50)。通过可见光下甲醛降解与产氢实验评估其光催化性能。最优的30% CWO/CIS异质结展现出865.14 μmol g^-1 h^-1的卓越产氢性能(420 nm处表观量子效率AQE = 3.6%)，并在1 h内实现69%的甲醛去除率。基于原位红外光谱技术解析了甲醛降解路径。优异的催化性能主要归因于可见光吸收增强、活性位点数量增加及S型异质结的构建。通过原位XPS、电子自旋共振测试、自由基捕获实验及密度泛函理论(DFT)计算，证实了CWO/CIS体系的S型电荷转移机制。该研究为系统性开发兼具气体污染物去除与产氢功能的双功能S型异质结提供了重要见解。

本文采用静电纺丝与水热法相结合的策略，成功制备了具有双功能的TiO₂/CdIn₂S₄ S型异质结光催化剂，用于耦合产氢与香兰醇(VAL)选择性氧化为香兰醛(VN)。实验结果表明，含0.5 wt% CdIn₂S₄的复合材料表现出最佳光催化性能，其产氢速率达403.36 μmol g^-1 h^-1，同时VAL转化率为90.99%。实验与密度泛函理论(DFT)计算证实，S型异质结结构可有效促进光生电荷的迁移与分离，显著提升电荷分离效率。在该体系中具有更强氧化能力的光生空穴被保留下来，用于催化VAL转化为VN，而具有更强还原能力的电子则用于光催化产氢反应。本研究提出了一种将光催化产氢与有机化合物选择性转化相结合的新策略，为开发高效太阳能驱动的新型光催化系统提供了创新思路。

构建S型异质结光催化剂已成为解决抗生素废水污染，实现其高效修复的重要策略。然而，半导体间界面接触紧密性不足与电荷转移过程难以精确调控等问题，仍然制约其实际应用。本研究通过可控溶剂热合成法构建了分级Cd_0.5Zn_0.5S/BiOBr S型异质结，其中BiOBr微球作为核芯，Cd_0.5Zn_0.5S纳米颗粒锚定在其表面形成共形外壳。这种结构确保了最大界面接触与定向电荷传输，对优化光催化效率至关重要。优化后的异质结展现出卓越的催化性能，其四环素(TC)降解速率常数分别是纯相BiOBr和Cd_0.5Zn_0.5S的3.3倍和1.6倍。这种增强源于S型机制固有的高效电荷分离与保留氧化还原能力的协同作用。此外，本研究阐明了TC降解过程与机制，为开发高性能缺陷型S型异质结用于抗生素废水净化提供了新视角。

采用异质结光催化剂来光催化产氢被认为是一种解决环境和能源危机的有效方法。本文采用水浴加热辅助的物理混合法制备了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结，以提高光催化产氢的效率。由于ZnCoP具有较高的功函数和金属导电性，光生电子可以通过ZnCoP/CdLa₂S₄界面从CdLa₂S₄转移到ZnCoP上，从而抑制了光生电子与空穴的复合。此外，在ZnCoP与CdLa₂S₄的界面处形成的肖特基异质结抑制了电子从ZnCoP回流到CdLa₂S₄，进一步促进了电子-空穴对的分离。同时，与CdLa₂S₄相比，ZnCoP/CdLa₂S₄异质结具有更强的可见光吸收性能。此外，ZnCoP可作为电子受体和产氢的活性位点。紧密的ZnCoP/CdLa₂S₄界面、ZnCoP较高的功函数和金属电导率与肖特基结之间的协同作用显著增强了CdLa₂S₄光催化产氢的性能。当ZnCoP的质量分数为30%时，30ZCP/CLS复合材料具有最佳的光催化性能，在可见光照射下，以Na₂S和Na₂SO₃为牺牲剂时，光催化产氢的速率达到10.26 mmol·g^-1·h^-1，是CdLa₂S₄的7.7倍。结合活性数据和表征结果，提出了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结光催化产氢可能的反应机理。