氫能是傳統化石能源的最佳替代能源之一，基于半導體的光催化制氫為太陽能制氫提供了一種理想的方法。然而較早的半導體光催化劑保持了較低的能量轉換效率，這是由于太陽能吸收范圍較窄，光生載流子分離效率較差以及活性位點有限。

此后，為了優化催化劑光催化性能采取了各種策略，元素摻雜在這方面具有很大的潛力，它可以增強光吸收，促進載流子分離和輸運，并提供額外的活性位點。

為此，中國科學技術大學俞書宏等人將磷（P）摻雜到二維單晶四元硫化物Cu–Zn–In–S（CZIS）納米帶中使光催化制氫顯著增強。

以硫化鈉和亞硫酸鈉為空穴犧牲劑，在可見光照射下（λ > 400nm）對P摻雜 CZIS納米帶的光催化產氫性能進行了研究。

P摻雜的CZIS納米帶的光催化活性隨著反應時間的增加而增加，達到12.2 mmol h-¹g^-1的最高光催化產氫速率，這是CZIS 納米帶（3.4 mmol h^-1g^-1）的3.5倍和Pt修飾的CZIS納米帶（6.5 mmol h^-1g^-1）的2倍，并且優于最多報道的基于Cu的四元硫化物光催化劑。

然而，反應時間較長的P摻雜CZIS納米帶的光催化活性較低，這表明適度的P摻雜是獲得最佳活性的必要條件。

P摻雜的CZIS納米帶表現出反應溫度，反應時間和質量比依賴性的光催化活性，以質量比（Na₂H₂PO₂/CZIS 納米帶）為7:1在300 ° C保持60分鐘合成方法下合成了最佳的P原子比為3.69%的P摻雜CZIS納米帶催化劑。

P摻雜可以通過調節四元硫化物納米帶的能帶結構和電荷動力學而不改變其特殊的結構和表面，從而提高可見光光催化制氫性能。

利用超快光譜技術詳細研究了P摻雜對載流子動力學的影響，結果表明 P 摻雜可以有效地促進光生載流子的分離，從而提高光催化性能。

與純的CZIS納米帶相比，P-CZIS納米帶在光催化析氫速率不僅大大提升，并且在測試24小時后活性衰減可以忽略不計。

此外，這種P摻雜策略對單晶Cu–Zn–Ga–S納米帶具有通用性，實現了3倍的光催化析氫活性。元素摻雜工程的思想為合理設計先進的半導體光催化劑提供了一條途徑，用于高效率的太陽能-燃料轉化。

Phosphorus-doped single-crystalline quaternary sulfide nanobelts enable efficient visible-light photocatalytic hydrogen evolution, Journal of the American Chemical Society, 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c07313.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07313.