Nanomatériaux de sulfure quaternaire à base de cuivre, spécialement pour Cu-Zn-In-S (CZIS) et Cu-Zn-Ga-S (CZGS), qui se composent d'éléments non toxiques sont des candidats attrayants pour la production d'hydrogène photocatalytique solaire en raison de leur bande interdite réglable, bonne stabilité chimique et thermique, innocuité environnementale, et une synthèse facile à partir de matières premières abondantes et peu coûteuses. Malheureusement, la faible conductivité électrique, la vitesse de recombinaison rapide des électrons et des trous photogénérés ainsi que les sites tensioactifs moins accessibles ont considérablement limité leurs performances photocatalytiques.
Récemment, le groupe de recherche dirigé par le professeur YU Shuhong de l'Université des sciences et technologies de Chine a conçu une méthode colloïdale simple pour synthétiser des nanoceintures de wurtzite monocristalline CZIS, ainsi que les nanoceintures monocristallines de wurtzite CZGS assistées d'oléylamine et de 1-dodécanethiol. L'article de recherche intitulé « Nanobelts de sulfure quaternaire monocristallin pour une conversion efficace du soleil en hydrogène, " A été publié le Communication Nature le 15 octobre.
Les chercheurs ont d'abord utilisé le premier calcul de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) pour explorer l'exploration de l'énergie de réaction de Gibbs (ΔGH) de (0001), (1010), et (1011) facettes de wurtzite CZIS. Les résultats des calculs ont montré que la facette (0001) avait la plus petite force de liaison à l'hydrogène atomique. Suivant le principe de Bell-Evans-Polanyi, les chercheurs s'attendaient à ce que la facette (0001) soit la surface la plus favorable pour la production d'hydrogène photocatalytique sur CZIS.
Les chercheurs ont ensuite conçu une méthode colloïdale simple pour synthétiser des nanoceintures (NB) de wurtzite monocristalline CZIS exposant la facette (0001), ainsi que les NB de wurtzite monocristalline CZGS avec la facette exposée (0001) assistée d'oléylamine et de 1-dodécanethiol. Les photocatalyseurs nanobelt tels que préparés présentent d'excellentes performances photocatalytiques dépendantes de la composition, pour les nanoceintures CZIS et CZGS sous irradiation en lumière visible (λ> 420 nm) sans co-catalyseur.
Ce travail montre l'importance de l'ingénierie de surface du photocatalyseur à sulfure quaternaire pour obtenir de meilleures performances. Cette méthode de conception de photocatalyseur peut être exploitée pour d'autres systèmes de matériaux semi-conducteurs, permettant ainsi à de nouveaux photocatalyseurs qui utilisent les éléments à faible coût de catalyser efficacement des réactions spéciales.
