氢能源因其清洁、无污染的特性和高能量密度，被视为解决能源危机和环境挑战的理想能源载体[1,2]。在各种氢气演化途径中，太阳能驱动的光催化水分解技术直接将可持续的太阳能转化为化学燃料，是生成绿色氢气的可行途径[3,4]。硫化镉（CdS）作为一种半导体光催化剂，因其适当的可见光带隙（约2.4 eV）而受到广泛关注[5],[6],[7]。为了克服其光生电子-空穴对快速复合的固有缺点，人们进行了大量研究，旨在设计改进的CdS基体系。这些策略包括构建异质结、调控纳米结构/形态以及负载共催化剂，所有这些措施都旨在增强电荷分离和表面反应动力学[8],[9],[10],[11]。尽管取得了显著进展，但探索更高效、更具创新性的电荷分离机制仍是推动CdS光催化发展的核心课题。
为了解决这一瓶颈，研究人员开发了多种策略，其中将CdS与共催化剂NiS2复合是一种有效的促进电荷分离的方法[10],[11],[12]。然而，这种传统异质结基光催化策略的性能提升已逐渐达到极限。根本原因在于，仅依靠异质结内置的电场往往不足以完全克服光生载流子（尤其是体相电子-空穴对）的强烈复合。因此，探索能够提供额外驱动力以进一步增强电荷分离的新策略变得至关重要。
近年来，一种新兴的“压电光催化”策略为解决电荷分离问题提供了革命性的方法[13],[14],[15],[16]。该技术巧妙地利用压电材料的正压电效应，将环境中广泛存在的低级机械能（如超声波或水流）转化为强大的压电场[17,18]。这种场作为一种非接触式的“偏压”，物理上驱动光生电子和空穴的分离[19,20]。为了实现光催化氢气演化，半导体的导带最小值（CBM）必须比H+/H2的还原电位更负，从而提供必要的热力学驱动力以促进质子还原。除了促进体相电荷分离外，压电场还通过优化界面电荷转移动力学来增强氢气演化。具体而言，它调节了异质结界面处的能带弯曲，引导更多电子高效地流向活性位点，从而促进表面还原反应。
值得注意的是，压电效应的产生强烈依赖于材料的晶体结构，尤其是特定极性晶面的暴露程度。对于具有非中心对称纤锌矿结构的CdS而言，沿c轴的（002）晶面是一个强极性表面，是产生压电势的“核心引擎”，而非极性侧面对压电效应的贡献较小。因此，如果仅获得压电材料而不有效控制功能性极性晶面（如（002），则无法从根本上优化其压电光催化性能。尽管NiS2/CdS复合材料在传统光催化研究中得到了广泛研究[21,22]，但系统地探索如何通过晶体生长的合成控制来特异性调节CdS（002）极性晶面，以优先增强其暴露程度（此处称为晶面工程，即在多晶体系中实现优选的晶体取向或纹理），并阐明其与NiS2在压电光催化中的协同机制，仍是一个未探索且具有挑战性的课题。
基于这一认识，本研究设计并合成了一系列具有特定极性（002）晶面暴露程度的CdS纳米结构，并构建了NiS2/CdS压电光催化复合材料。本研究的主要目标是：首先，通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和压电力显微镜（PFM）等技术，控制晶体生长以优化多晶CdS中极性（002）晶面的结晶度和暴露程度，并确认其成功的晶面工程（即实现优选取向）以及其在形态、结构和功能层面的压电活性。然后，通过电化学分析与纯相组分的表征，阐明NiS2/CdS肖特基型接触界面处的电荷转移机制，并明确压电场与界面电场之间的协同增强效应。最终，通过系统的性能测试全面评估催化剂的高效率和稳定性，从而为特定极性晶面、压电性质和催化性能之间的结构-功能关系提供关键见解，并为未来能源转换材料的设计提供新的视角和实验基础。
