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Chem. Eur. J. :双MOF衍生的富含硫空位MoS2/CdS光催化体系用于光分解水产氢


南京大学王英课题组以Mo-MOF和Cd-MOF为前驱体,在二维大尺寸MoS2上原位生长CdS 纳米颗粒构建了MoS2/CdS光催化体系。助催化剂MoS2含有金属性质的1T相,CdS导带及硫空位能级上的光生电子可以快速转移到MoS2上,极大提高电子空穴分离能力和电子传导率。MoS2/CdS的产氢活性接近同载量贵金属Pt为助催化剂时的2倍。



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图1 MoS2/CdS光催化体系的示意图及电荷转移机理

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图2 (a) H2产量随时间变化曲线 (b) 4小时内光催化产氢速率

利用可见光活性的半导体光催化剂分解水产生清洁能源H2是最有希望解决环境污染和能源短缺问题的可持续方法之一。大多数光催化剂需要担载贵金属如Pt、Pd等助催化剂,快速传递电子以减少复合,以提高光催化剂的产氢活性。但是受限于它们的昂贵价格及有限资源,寻找更加经济的非贵金属助催化剂至关重要。1T相MoS2具有金属导电性,同时其表面和边缘均具有作为活性位点的不饱和配位硫原子,是一种理想的非贵金属助催化剂。目前,合成1T-MoS2的方法大都过程复杂且产率较低,生成的处于亚稳态的1T-MoS2很容易向稳定的2H-MoS2转变。因此,需要开发一种合成步骤简单、产率较高且能获得稳定1T-MoS2的方法。


MOF衍生纳米材料(MDNM)是以MOF为前驱体通过化学反应生成的纳米材料。MDNMs不仅继承了MOF前驱体的高表面积特性,而且具有更好的导电性和稳定性,还可以通过控制合成条件引入的丰富的缺陷作为活性中心。


基于上述思路,南京大学王英课题组以Mo-MOF为前驱体研制了含有稳定1T相MoS2二维材料,并在此二维MoS2表面将Cd-MOF原位硫化为CdS 纳米晶,同时引入大量硫空位,构建了双MOF衍生MoS2/CdS光催化体系。该合成策略调节了CdS光催化析氢的能带结构和电子传输动力学。Cd-MOF衍生的CdS中的不饱和硫原子作为硫空位能级可束缚电子,提高了电子空穴分离能力。1T-MoS2助催化剂的存在使电荷传输速率大大增加,进一步抑制了电子与空穴的复合。样品1%MoS2/CdS的产氢活性是CdS的28倍,接近同载量贵金属Pt作为助催化剂时的2倍。本研究利用双MOF前驱体衍生的复合硫化物光催化体系实现了稳定的太阳能分解水产氢,这为构筑高效双金属硫化物光催化材料并调控其结构提供了新方法。

文信息

Dual MOF-derived MoS2/CdS Photocatalysts with Rich Sulfur Vacancies for Efficient Hydrogen Evolution Reaction

Jinyan Shi, Le yang, Jie Zhang, Zejin Wang, Wenbo Zhu, Ying Wang, Zhigang Zou

该文收录于《欧洲化学》“南京大学120周年校庆”特辑。


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202202019




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