太阳辐射能量是目前世界上资源最为丰富的清洁和可持续能源。通过半导体硫化物纳米结构设计，有望高效将太阳光能转化为其他能量（如化学能、电能和热能）。硫化物异质纳米结构能够集成不同材料组分的优势，而且常常可以获得优于单一组分的协同效应。如何设计合理的合成方法以制备新颖独特的硫化物异质纳米结构，并且精确调控材料的组分、分布和形貌，仍然是目前尚待解决的关键问题。

近日，中国科学技术大学教授俞书宏课题组与江俊课题组合作，在一维硫化物异质纳米棒的设计合成及太阳能转换应用方面取得了新进展。高效利用太阳能需要半导体材料在光转换过程中可以同时吸收太阳辐射的不同光谱范围并且能有效地分离光激发电子和空穴。

图：三组分-[ZnS-CdS-Cu2-xS]-ZnS-多节点鞘异质纳米棒

为了实现这一目标，研究人员基于胶体化学转换方法成功制备了一种独特的三元[ZnS-CdS-Cu2-xS]-ZnS-硫化物异质纳米棒，即一个ZnS纳米棒上镶嵌多个CdS-Cu2-xS复合纳米节点鞘。所制备的三元硫化物异质纳米棒可有效吸收太阳光的紫外、可见和近红外区域。在三元体系中选择性复合CdS-Cu2-xS，可以构筑PN结从而导致CdS-Cu2-xS形成type-II异质结构类型，使得三元体系中电荷载流子分别从ZnS和Cu2-xS的导带流向CdS的导带位置，而空穴会集中在Cu2-xS的价带，实现了电子和空穴的空间分离。太阳能吸收的增强和载流子的有效分离，显著提升了这种新颖的三元硫化异质纳米棒在太阳能转换应用中的性能。

这种无贵金属参与的硫化物异质纳米结构，为传统半导体的光电应用提供了新的材料设计思路。该研究成果近期以VIP Paper发表于《德国应用化学》，并被选为Front Cover。论文发表后受到了学术媒体的广泛关注。

此前，研究人员还通过连续化学转化策略，成功构筑了一种独特的一维胶体三元多节点鞘硫化物-(硫化物/金属)异质纳米棒，其中金属纳米颗粒选择性修饰在分段节点鞘上，并以此实现了从type-I到type-II的结构转换。光催化产氢效率的提高，说明了所设计的独特三元结构-[ZnS-(CdS/metal)]-ZnS-[ZnS-(CdS/metal)]-ZnS-在电荷分离和电子传输方面具有显著的优势。其中电子从一种半导体传输到两种互不接触的材料，从而形成两个富电子活性中心。该设计策略为利用适当组分进行能带工程调控与进一步增强其协同功能提供了新的视角，为合理设计光电功能化的纳米体系提供新的思路。

文章链接：

Tao-Tao Zhuang, Yan Liu, Yi Li, Yuan Zhao, Liang Wu, Prof. Dr. Jun Jiang and Prof. Dr. Shu-Hong Yu, "Integration of Semiconducting Sulfides for Full-Spectrum Solar Energy Absorption and Efficient Charge Separation ," Angew. Chem. -Int. Ed. 2016, 55(22), 6396-6400

俞书宏教授简介：

中国科学技术大学化学系，合肥微尺度物质科学国家实验室教授，博士生导师，Email：shyu@ustc.edu.cn

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研究方向：

(1) 仿生高性能纳米复合结构材料、自组装及应用；

(2) 聚合物控制晶化与模拟生物矿化； 

(3) 多功能纳米材料的模板诱导合成和组装技术； 

(4) 新型无机-有机杂化材料的制备、性能与组装体功能； 

(5) 面向能源、环境领域应用的新型碳材料的制备和能量存储； 

(6) 纳米材料的光、电、磁性能调控（光电和光热转换、光催化等）和纳米催化效应等。

江俊教授简介：

国科学技术大学化学物理系教授，Email：jiangj1@ustc.edu.cn

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研究方向：

发展和应用多尺度的物理与化学基础理论方法研究生物电子学和生物分子光学领域中的实际科学问题，主要包括：

（1）发展纳米器件与生物医学检测手段

（2）发展基因测序技术

（3）非线性光谱研究人体关键蛋白质结构和功能

（4）光合系统的非线性光谱模拟

（本文信息来源：中国科学技术大学网站；由e科网整理编辑）

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