随着全球能源需求的持续增长和对环境保护的日益重视，开发高效环保的能源生产方法已成为科学研究的重点。[1],[2],[3],[4],[5] 光催化水分解制氢因其环境可持续性和零二氧化碳排放而成为解决能源问题和环境污染的理想策略。[6],[7],[8] 在各种光催化剂中，具有高活性和可见光响应性的材料在能源转换和储存领域展现出显著的应用潜力。[9] 半导体光催化剂在光照下可以被激发，实现电子或空穴的转移，并在其表面表现出强烈的氧化或还原性质，从而促进许多在温和条件下难以实现的反应。[10],[11],[12],[13],[14] 金属硫化物，尤其是基于硫化镉（CdS）的光催化剂，在光催化水分解产氢方面表现出优异的性能。CdS具有适当的带隙宽度，能够吸收可见光，其导带位置足够负，可以驱动氢的生成。[15]
近年来，研究重点转向了以ZnCdS半导体为中心的双金属硫化物体系。[16],[17],[18] Zn1-xCdxS固溶体具有双界面电位依赖性，能够有效调节光生载流子的迁移路径并显著抑制其复合过程。[19] 然而，这些硫化物材料仍面临光生电子-空穴对复合速率过快和严重光腐蚀现象的挑战，这影响了催化系统的稳定性。[20],[21],[22] 因此，通过界面工程增强电荷分离和传输成为提高硫化物基光催化剂活性和耐久性的关键策略。与此同时，稀土（RE）元素掺杂作为一种精细调节光催化剂和共催化剂电子性质的方法逐渐受到关注。在稀土元素中，铈（Ce）因其独特的4f电子构型而特别有吸引力。[23],[24],[25],[26] 部分填充的4f轨道可以作为电子陷阱或传输桥，有效调节局部电子结构，产生氧空位，并扩展光吸收范围。此外，与传统的过渡金属相比，Ce具有较大的离子半径和灵活的Ce3+氧化还原对。这些特性使得Ce在掺入宿主晶格时能够诱导晶格畸变和电子离域，从而为优化功函数和d带中心等关键催化参数提供了额外的自由度。尽管具有这些优势，但将Ce掺杂到过渡金属硒化物共催化剂中以构建欧姆异质结的研究仍相对较少。
基于先前的研究[27]，发现ZnCdS纳米棒的自组装在(Zn + Cd): S比例为1:3.5时可以获得最佳的纳米花形态和性能。一维纳米结构（如纳米棒）具有较高的表面积与体积比和明确的轴向取向，有利于形成空间电荷区域，从而增强载流子在纳米棒内的传输并提高整体电荷分离效率。[28] 通过增加硫源浓度，溶液中无机S2-配体的浓度升高，使ZnCdS纳米棒自组装成纳米花结构。这种转变提供了额外的电荷传输机制。此外，纳米花结构中的纳米棒通过中心区域促进电荷传输，进一步增强了电荷分离和传输能力。同时，纳米花结构的较大表面积和多个界面的存在为电子-空穴分离创造了更高效的环境，有利于光生载流子的分离，促进了氢演化反应（HER）的进行。[29]
另一方面，掺铈的镍硒化物（NiSe2）复合材料在光催化产氢方面展现出显著的应用潜力。NiSe2因其低成本、制备过程简单、优异的电导率和良好的化学稳定性而成为贵金属催化剂的理想替代品。[30] Ce离子的掺入有效调节了NiSe2的电子结构。[31],[32] Ce的4f电子与NiSe2的d轨道相互作用，降低了材料的功函数，从而提高了电导率和稳定性。这种结构优化不仅拓宽了光催化剂的可见光吸收范围，还提高了光生载流子的分离效率，减少了电子-空穴复合，显著提升了光催化产氢的活性。[32]
在本研究中，我们深入评估了由掺铈的NiSe2和ZnCdS组成的复合催化剂在光催化产氢方面的性能。我们合成了具有独特形态（如棒状组装的花状结构）的ZnCdS以及掺铈的NiSe2光催化剂，旨在全面探讨这两种材料在光催化产氢过程中的协同作用和关键因素。结果表明，Ce-NiSe2/ZnCdS的产氢活性高于NiSe2/ZnCdS。密度泛函理论（DFT）计算显示，Ce稀土元素的掺杂增加了NiSe2与ZnCdS之间的功函数差（ΔΦ），促进了它们界面处的电荷传输，增强了内置电场，从而提高了光生载流子的分离效率。[33] 通过调整NiSe2共催化剂的电子构型，在欧姆结接触界面创建强内置电场，为提高含镉硫化物光氧化还原催化剂的电荷分离提供了有前景的策略。这种方法为通过掺杂改性共催化剂和构建与主催化剂之间的欧姆结来开发新型和改进的光催化系统提供了新的见解，推动了光催化技术的发展。
