光催化分解水制氫可將太陽能轉(zhuǎn)換成潔凈的氫能，極具研究價值。光生載流子的快速分離和遷移是提高制氫性能的關(guān)鍵因素之一，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)可以利用能級差的作用促使光生載流子的分離和遷移，是提高光催化制氫性能的有效手段。對于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)而言，除了其本身的特性外，構(gòu)筑方法以及特殊的結(jié)構(gòu)也對其催化性能有著直接影響。

近日，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院電力設(shè)備電氣絕緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新型儲能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心，將原位硫化法和堿刻蝕法相結(jié)合，制備了具有中空通道的ZnO@ZnS核殼異質(zhì)結(jié)，然后采用化學(xué)沉積法對其進(jìn)行金納米顆粒的修飾，最終得到了金納米顆粒修飾的具有中空通道結(jié)構(gòu)的ZnO@ZnS核殼異質(zhì)結(jié)（HZOS4A4），其光催化制氫效率為目前ZnO-ZnS體系的最高值（56.98mmolh?1g?1），表觀量子效率達(dá)到25.47%（365nm）。研究發(fā)現(xiàn)：金納米顆粒修飾起到兩方面的作用：金與半導(dǎo)體之間形成肖特基勢壘，促進(jìn)電子的定向遷移；位于兩個半導(dǎo)體之間的金顆粒作為電子傳輸?shù)拿浇椋龠M(jìn)Z型電荷傳輸機(jī)制的形成。中空通道構(gòu)筑了更多的表面，縮短了電荷向表面?zhèn)鬏數(shù)木嚯x。兩者協(xié)同作用，有效促進(jìn)了光生載流子的快速分離和遷移。該成果從構(gòu)筑方法和結(jié)構(gòu)調(diào)控兩方面為開發(fā)新型高效的異質(zhì)結(jié)光催化劑提供了新的思路。

該研究成果以“AudecoratedhollowZnO@ZnSheterostructureforenhancedphotocatalytichydrogenevolution:TheinsightintotherolesofhollowchannelandAunanoparticles”為題發(fā)表在催化領(lǐng)域頂級期刊AppliedCatalysisB：Environmental上（影響因子11.698），論文第一作者為電氣學(xué)院博士生馬丹丹，通訊作者為電氣學(xué)院牛春明教授團(tuán)隊(duì)石建穩(wěn)副教授，論文的國際合作者為澳大利亞昆士蘭大學(xué)王連洲教授，西安交通大學(xué)是該文章的第一作者與第一通訊單位。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)國際電介質(zhì)研究中心、西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。

新型儲能與能量轉(zhuǎn)換納米材料研究中心（http://cne.xjtu.edu.cn）瞄準(zhǔn)新能源技術(shù)發(fā)展前沿，圍繞新型儲能和能量轉(zhuǎn)換納米材料研究方向，開展以材料微觀/介觀結(jié)構(gòu)-化學(xué)特性-納米制備技術(shù)為核心的基礎(chǔ)研究工作，并以新能源轉(zhuǎn)換與儲能系統(tǒng)示范工程的研究和實(shí)施帶動電氣工程學(xué)科的發(fā)展建設(shè)，實(shí)現(xiàn)在該領(lǐng)域的理論創(chuàng)新與研究方法創(chuàng)新。