晁明坤 马贵军

(1上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210)

(2中国科学院上海高等研究院，上海 201210)

(3中国科学院大学，北京 100049)

0 引言

基于无机半导体的太阳能光催化分解水制氢反应是当前能源和环境领域研究的热点之一[1-3]。由于在太阳光谱能量分布中，波长小于400 nm的紫外光仅占4%，而波长400～800 nm的可见光占53%，开发具备可见光响应的光催化剂具有重要意义。过渡金属硫氧化物半导体光催化剂普遍表现出可见光吸收特性，而且能级结构分析表明，该类材料大多适用于光催化分解水反应[4-10]。其中，Sm2Ti2S2O5(以下简称STSO)是研究最为广泛的一种硫氧化物光催化剂，该材料禁带宽度仅为2.0 eV，可吸收波长620 nm以下的可见光，在含有AgNO3或Na2S-Na2SO3牺牲剂的水溶液中，表现出良好的光催化产氧或产氢半反应活性[11]；同时，基于Z体系理念，STSO可作为产氢催化剂与金红石或WO3联用，实现太阳光驱动下的光催化分解水全反应[12-13]，该Z体系的构建也可为氧硫化物半导体在光催化全解水反应中的应用提供研究思路。

STSO的合成方法主要包括3种：(1)高温固相法[11]，将均匀混合的 TiO2、TiS2及 Sm2O3前驱体粉末真空密封于石英管中，再于1 000℃高温下持续反应至少1个星期；(2)硫化氢硫化法[13-19]，先采用溶胶-凝胶法制取无定形Sm2Ti2O7前驱体粉末，再将其置于流动的H2S气氛中，在最低800℃进行高温还原硫化而得到；(3)熔盐法[12,20]，将前述高温固相法中所采用的前驱体与一定量的熔盐混合均匀，真空密封后在高于熔盐熔点的温度下反应一定时间得到。其中的熔盐法为本文作者在2016年首次报道，相较于前2种方法，熔盐法所制备产物结晶度高、形貌规则，可大幅度提高STSO的光催化反应活性。……