Nanomateriales de sulfuro cuaternario a base de cobre, especialmente para Cu-Zn-In-S (CZIS) y Cu-Zn-Ga-S (CZGS), que consisten en elementos no tóxicos son candidatos atractivos para la producción de hidrógeno fotocatalítico solar debido a su banda prohibida sintonizable, buena estabilidad química y térmica, benignidad ambiental, y síntesis fácil a partir de materiales de partida abundantes y económicos. Desafortunadamente, la baja conductividad eléctrica, La rápida tasa de recombinación de electrones y huecos fotogenerados, así como los sitios tensioactivos menos accesibles, han limitado en gran medida su rendimiento fotocatalítico.
Recientemente, el grupo de investigación dirigido por el profesor YU Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha diseñado un método coloidal simple para sintetizar nanocinturones CZIS de wurtzita monocristalina, así como las nanocinturones CZGS de wurtzita monocristalina asistida con oleilamina y 1-dodecanotiol. El artículo de investigación titulado "Nano cinturones de sulfuro cuaternario monocristalino para una conversión eficiente de la energía solar en hidrógeno, "fue publicado el Comunicaciones de la naturaleza el 15 de octubre.
Los investigadores utilizaron por primera vez el cálculo de la teoría funcional de la densidad del primer principio (DFT) para explorar la energía de Gibbs de reacción (ΔGH) de (0001), (1010), y (1011) facetas de wurtzita CZIS. Los resultados del cálculo mostraron que la faceta (0001) tenía la menor fuerza de unión al hidrógeno atómico. Siguiendo el principio de Bell-Evans-Polanyi, Los investigadores esperaban que la faceta (0001) fuera la superficie más favorable para la producción de hidrógeno fotocatalítico en CZIS.
Luego, los investigadores diseñaron un método coloidal simple para sintetizar nanocinturones CZIS de wurtzita monocristalina (NB) exponiendo la faceta (0001), así como la wurtzita monocristalina CZGS NB con la faceta expuesta (0001) asistida con oleilamina y 1-dodecanotiol. Los fotocatalizadores de nanocinturones preparados muestran excelentes resultados fotocatalíticos dependientes de la composición, para nanocinturones CZIS y CZGS bajo irradiación de luz visible (λ> 420 nm) sin cocatalizador.
Este trabajo muestra la importancia de la ingeniería de superficies del fotocatalizador de sulfuro cuaternario para lograr un mejor rendimiento. Este método de diseño de fotocatalizadores se puede aprovechar para otros sistemas de materiales semiconductores, permitiendo así nuevos fotocatalizadores que utilizan los elementos de bajo costo para catalizar de manera eficiente reacciones especiales.
