贵金属的局域表面等离子体共振（LSPR）效应在光催化制氢中发挥着关键作用，其中等离子体产生的热电子被高效注入光催化体系，深刻调控着界面电子转移动力学。然而，在光催化体系中，贵金属的LSPR效应对超快界面电荷转移的具体影响及其动力学特征仍未得到充分研究。
2025年9月11日，中国地质大学张建军、余火根、余家国在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society发表《Plasmon-Induced Ultrafast Interfacial Charge Transfer for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution》的研究论文，Xinyu Yin为论文第一作者，张建军、余火根、余家国为论文共同通讯作者。
为填补这些知识空白，作者将金纳米颗粒引入CdS/ReSx光催化剂中，以全面探究LSPR诱导的超快界面电荷转移现象，最终提高光催化制氢活性。结果表明，所制备的CdS/Au0.5@ReSx光催化剂展现出显著的制氢活性，产氢速率为8.6 mmol g-1 h-1（量子产率AQE=35.9%），明显高于CdS/Au（1.8 mmol g-1 h-1）和CdS/ReSx（4.0 mmol g-1 h-1）。
原位X射线吸收精细结构（XAFS）和飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）表征证实，金的LSPR效应会产生缺电子的Auδ+物种并缩短Au-S键长，显著加速Au@ReSx助催化剂中的电子转移。
这种等离子体诱导的超快电荷转移机制使CdS/Au@ReSx体系中光生电子能够高效迁移，促进界面电荷动力学，从而实现优异的光催化制氢性能。
这些发现为LSPR效应介导的电荷转移机制提供了新的理解，并为下一代等离子体光催化剂的设计提供了蓝图。
图1:（A）局域表面等离激元共振（LSPR）效应的传统作用；（B）硫化镉/金@硫化铼（CdS/Au@ReSx）光催化剂的示意图；（C）在CdS/Au@ReSx中观察到的金（Au）LSPR诱导的超快电荷转移现象。
图2：（A）CdS/Au@ReSx的合成过程示意图：（1）CdS/Au、（2）CdS/Au-S、（3）CdS/Au@ReSx；（B−E）高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像；（F−J）CdS/Au@ReSx光催化剂的X射线能谱（EDS）mapping图像。图3:（A）光催化产氢活性：（a）硫化镉（CdS）、（b）CdS/Au0.5、（c）CdS/Au0.1@ReSx、（d）CdS/Au0.2@ReSx、（e）CdS/Au0.5@ReSx、（f）CdS/Au0.7@ReSx、（g）CdS/Au1.0@ReSx、（h）CdS/ReSx；（B）CdS/Au0.5@ReSx的循环稳定性测试。图4：CdS/Au@ReSx光催化剂在光照前与光照后的表征结果：（A、B）原位X射线吸收精细结构（in situ XAFS）谱图；（C）Au L3边的傅里叶变换扩展X射线吸收精细结构（FT-EXAFS）谱图；（D）Au L3边的k2加权扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）小波变换（Wavelet-transformed）谱图；（E）Au 4f轨道的原位X射线光电子能谱（in situ XPS）谱图；（F）光照期间CdS/Au@ReSx中Au-S键键长缩短的示意图。图5：各类样品的表征结果与电子转移机制示意图：（A−F）伪彩色图；（G−I）瞬态吸收光谱；（J）CdS/Au@ReSx在1150 nm波长处的飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）衰减曲线；（K）局域表面等离激元共振（LSPR）促进电子从Au超快转移至ReSx的示意图（激发光波长700 nm，乙腈溶液体系）。图6：各类样品的瞬态吸收表征与光电子转移机制示意图：（A−C）伪彩色图；（D−G）不同样品在500 nm与660 nm波长处对应的飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）衰减曲线；（H）局域表面等离激元共振（LSPR）促进CdS/Au@ReSx中超快光电子转移的示意图（激发光波长400 nm，乙腈溶液体系）。图7：各类样品在乳酸溶液体系中的瞬态吸收表征与光催化产氢机制示意图：（A−C）伪彩色图；（D−F）瞬态吸收光谱；（G）不同样品在500 nm波长处对应的飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）衰减曲线；（H）局域表面等离激元共振（LSPR）促进CdS/Au@ReSx中超快光电子转移，从而实现快速光催化析氢反应的示意图（激发光波长400 nm，乳酸反应溶液体系）。综上，作者研究了金纳米粒子在CdS/ReSx光催化剂中的作用，探讨了其局域表面等离子体共振（LSPR）效应对超快界面电荷转移的影响，以提升光催化产氢效率。实验结果表明，金的LSPR效应通过生成电子缺陷Auδ+和缩短Au−S键长，显著加速了电子从CdS向ReSx的转移。该研究深入揭示了LSPR效应对光催化产氢中界面电荷转移的影响机制，为设计下一代等离子体光催化剂提供了理论基础和新思路。该光催化剂在光催化产氢领域具有广阔的应用前景，有望推动太阳能驱动的高效氢气生产技术的发展。Plasmon-Induced Ultrafast Interfacial Charge Transfer for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution. J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c11154.
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