近日，山东大学晶体材料国家重点实验室桑元华、刘宏教授团队提出了一种新型的策略赋予非磁半导体自旋调控的光催化性能。该研究成果以“Construction of diluted magnetic semiconductor to endow nonmagnetic semiconductor with spin-regulated photocatalytic performance”为题，发表于Nano Energy(IF=19.069)上。文章通讯作者为桑元华和刘宏教授，2021届博士博士研究生高文强、赵晓蕾为共同第一作者，山东大学为第一作者和通讯作者单位。

调控电子自旋态是促进光生载流子分离从而实现高效光催化性能的有效策略，然而，大多数光催化剂是不具有自旋极化特性的非磁性半导体，限制了磁场调控自旋极化的应用。稀磁半导体指非磁性半导体中的部分原子被过渡金属元素取代后形成的磁性半导体，其具有半导体和磁性的性质，即在一种材料中同时拥有电子电荷和自旋两种自由度，因而引起科研工作者的广泛关注。稀磁半导体的构建是赋予非磁半导体自旋极化特性的有效手段。鉴于此，研究团队通过磁性离子掺杂的半导体光催化剂，提出了构建具有自旋态可调控的光催化剂新策略。通过Ni掺杂制备了CdS/MoS₂稀磁性半导体光催化剂，光催化产氢性能显著提高。与普通CdS/MoS₂复合光催化剂相比，Ni_0.05doped CdS/MoS₂稀磁半导体光催化剂在磁场下其光催化产氢性能提高3.89倍。结合谱学与电化学手段，证实了磁场作用下自旋极化电子的平行排列与巨磁阻效应抑制光生电子-空穴的复合并促进电子输运是其性能提高的主要原因。基于构建具有自旋态可调控的光催化剂新策略，为发展高效光催化材料体系提供了新的途径。

刘宏教授团队在磁场调控光催化领域取得多项成果，先后在Nano Energy（2020, 2021）、Advanced Science（2019）、Adv. Funct. Mater.（2022）、ACS Energy Letters（2021）、Chemical Engineering Journal（2021）等国际期刊发表多项工作。该研究工作得到了国家自然基金、山东省自然基金和晶体材料国家重点实验室等的大力资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108381