本报讯  中国科大俞书宏院士团队设计了一种胶体化学合成法，实现了铜基四元硫属多形体纳米晶的可控制备，这类多形体表现出优于纯物相的光催化产氢性能。相关成果9月15日发表于《自然·通讯》。

铜基四元硫化物半导体（由地球丰富的元素组成，具有合适的带隙和高的光吸收系数）是一种极具发展前景的光催化材料。然而，单个铜基四元硫化物纳米晶中光生电子与空穴的超快复合速率限制了其光催化析氢应用。由化学性质相同但物相结构不同的材料组成的多形体纳米结构（在界面处匹配良好）能有效避免异质界面处的成分变化和应力带来的不利因素，促进光生载流子分离，进而提高光催化产氢性能。

研究团队发展了一种通用的胶体化学合成法，通过在纤锌矿结构上的外延生长硫铜锡锌矿/闪锌矿结构，实现了一系列的铜基四元硫属多形体纳米晶的精准合成。以Cu2ZnSnS4(CZTS)多形体纳米晶为例，通过调控硫铜锡锌矿物相的生长选择性制备出子弹形单同质结多形体和橄榄球形双同质结多形体。光催化析氢性能研究表明，CZTS多形体纳米晶的光催化活性高于相同成分的纯物相纳米晶。进一步利用密度泛函理论计算，研究了CZTS的纤锌矿相和硫铜锡锌矿相的能带结构。研究表明CZTS多形体中的同质结具有II型半导体的能带排列结构。因此，光生电子和空穴将分别积累在硫铜锡锌矿和纤锌矿中，实现电荷的跨同质结分离，从而提高光催化性能。此外，双同质结CZTS多形体中两个同质结的协同作用使其光催化性能优于单同质结纳米晶。

该工作实现了四元铜基多硫化物多形体纳米晶的精准可控合成。这种物相结构的集成为优化光催化剂性能提供了一种新策略，通过构筑同质异相结促进光生载流子的分离，进而提高光催化产氢性能。

论文共同第一作者是特任副研究员伍亮博士和硕士生王茜。（合肥微尺度物质科学研究中心   化学与材料科学学院）