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近日，ENGINEERING Energy发表东南大学李乃旭教授团队重要研究成果，报道一种ZrO/CdS 核壳结构光催化剂，通过界面工程精准调控 d 带中心与电荷分布，实现太阳能驱动CO
2. 稳定性跨越式提升原位 ZrO2保护层明显地增强CdS热稳定性与抗光侵蚀的能力，20 次循环后活性仅下降 8.3%，结构与晶相保持完好。
3. 电荷分离效率质变异质结界面高效抑制光生载流子复合，电荷转移电阻明显降低，载流子寿命延长至8.37 ns。
4. d带中心精准调控界面强电子耦合使 CdS的d带中心向费米能级偏移，强化CO2化学吸附，*COOH 生成能垒显著降低。
光催化CO2还原是实现碳循环与可再次生产的能源存储的关键技术，但载流子复合快、CO2活化能垒高、催化剂稳定性差三大瓶颈严重制约其应用。CdS 虽可见光响应强，但易光腐蚀、载流子复合严重；ZrO2热/化学稳定性优异，可作为电子受体与电荷传输介质，二者复合有望实现性能协同提升。
团队采用溶剂热法在CdS纳米球表面原位生长ZrO2纳米颗粒，构建CdS 为核、ZrO2为壳的ZOCS-20异质结，界面结合牢固、无团聚、无杂相。
2. 光热协同：光照下催化剂表面升温提供额外能量，加速CO键断裂，活性提升3.2 倍。
3. 电荷转移机制：CdS与ZrO2功函数差异诱导内建电场，电子从CdS流向ZrO2，实现高效电荷分离。
4. 吸附与活化：界面调控使 d 带中心上移，CO2吸附能降至 0.95 eV，吸附强度与活化程度显著增强。
ZOCS-20 核壳催化剂实现界面工程电子结构能垒调控三位一体协同优化：ZrO2壳层保护 CdS，提升稳定性；异质结界面高效分离载流子，加速电荷传输；d带中心调控强化 CO2吸附与活化；明显降低 * COOH生成能垒，加速反应动力学。最终实现高活性、高选择性、高稳定性的光催化 CO2还原制CO。
本研究提出的界面能带协同增强机制，为设计高效光催化材料提供原子级理论指导与实验策略，有望推动太阳能驱动 CO2制高的附加价值产物的工业化进程，助力双碳目标实现。未来可拓展至其他金属氧化物/硫化物异质结体系，逐步提升活性与稳定性，开发多碳产物选择性转化新路径。（来源：EngineeringJournals微信公众号）
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