Abstract Converting solar energy into clean and sustainable chemical fuels is a promising strategy for exploiting renewable energy. The application of photocatalytic water splitting technology in hydrogen production is important for sustainable energy development and environmental protection. In this study, for the first time, 2D Cu7S4 co-catalysts were coupled on the surface of a CdS nanosheet photocatalyst by a one-step ultrasonic-assisted electrostatic self-assembly method at room temperature. The as-fabricated 2D–2D CdS/Cu7S4 layered heterojunctions were demonstrated to be advanced composite photocatalysts that enhance the water splitting efficiency toward hydrogen production. The highest hydrogen evolution rate of the 2D–2D CdS/2%Cu7S4 binary heterojunction photocatalyst was up to 27.8 mmol g−1 h−1 under visible light irradiation, with an apparent quantum efficiency of 14.7% at 420 nm, which was almost 10.69 times and 2.65 times higher than those of pure CdS nanosheets (2.6 mmol g−1 h−1) and CdS-2%CuS (10.5 mmol g−1 h−1), respectively. The establishment of the CdS/Cu7S4 binary-layered heterojunction could not only enhance the separation of photogenerated electron–hole (e−–h+) pairs, improve the transfer of photo-excited electrons, and prolong the life-span of photo-generated electrons, but also enhance the light absorption and hydrogen-evolution kinetics. All these factors are important for the enhancement of the photocatalytic activity. Expectedly, the 2D–2D interface coupling strategy based on CdS NSs can be extensively exploited to improve the hydrogen-evolution activity over various kinds of conventional semiconductor NSs.

中文翻译：

---

2D-2D CdS/Cu7S4层状异质结上的高效可见光光催化析氢

摘要 将太阳能转化为清洁、可持续的化学燃料是开发可再生能源的一个有前景的策略。光催化分解水技术在制氢中的应用对于能源的可持续发展和环境保护具有重要意义。在这项研究中，首次通过一步超声辅助静电自组装方法在室温下将二维 Cu7S4 助催化剂偶联在 CdS 纳米片光催化剂的表面。所制造的 2D-2D CdS/Cu7S4 层状异质结被证明是先进的复合光催化剂，可提高水分解效率以产生氢气。2D-2D CdS/2%Cu7S4二元异质结光催化剂在可见光照射下的最高析氢速率高达27.8 mmol g-1 h-1，在 420 nm 处的表观量子效率为 14.7%，几乎是纯 CdS 纳米片（2.6 mmol g-1 h-1）和 CdS-2% CuS（10.5 mmol g-1 h）的 10.69 倍和 2.65 倍−1)，分别。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。分别比纯 CdS 纳米片（2.6 mmol g-1 h-1）和 CdS-2%CuS（10.5 mmol g-1 h-1）高出近 10.69 倍和 2.65 倍。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。分别比纯 CdS 纳米片（2.6 mmol g-1 h-1）和 CdS-2%CuS（10.5 mmol g-1 h-1）高出近 10.69 倍和 2.65 倍。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。6 mmol g-1 h-1) 和 CdS-2% CuS (10.5 mmol g-1 h-1)。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。6 mmol g-1 h-1) 和 CdS-2% CuS (10.5 mmol g-1 h-1)。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以被广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。CdS/Cu7S4二元层异质结的建立不仅可以增强光生电子-空穴（e--h+）对的分离，改善光激发电子的转移，延长光生电子的寿命，而且还增强了光吸收和析氢动力学。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以被广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。所有这些因素对于提高光催化活性都很重要。可以预期，基于 CdS NSs 的 2D-2D 界面耦合策略可以广泛用于提高各种传统半导体 NSs 的析氢活性。