西安交大科研人员在光催化制氢领域取得新进展

supercell 9月 18, 2020 2.08w 浏览 0

环境污染和能源短缺是当今人类面临的重大挑战，光催化分解水制氢有望从根本上解决能源和环境问题，因此具有重要意义。宽范围的光吸收和快速的电子空穴分离是实现高效可见光催化的关键。

近日，西安交通大学电气学院新型储能与能量转换纳米材料研究中心、电力设备电气绝缘国家重点实验室精心设计了一种新型光催化材料Au@UiOS@ZIS（金@巯基UiO66@硫铟锌），其中Au纳米点被锚定在巯基修饰的UiO66（缩写为UiOS）金属有机骨架的孔中，而硫铟锌（ZnIn₂S₄，缩写为ZIS）纳米片被包裹在巯基UiO66的外面。研究发现，金的不同位置对光生载流子的转移有很大影响。在催化剂金@巯基UiO66@硫铟锌中，光生电子从硫铟锌转移到巯基UiO66，再转移到封装在巯基UiO66孔中的金纳米点上，形成了一个平滑的电子传输通道；此外，位于孔中的金纳米点可以显著缩短载流子迁移距离，并迅速接受电子。最优催化剂在可见光下的光催化产氢速率达到39.2 mmol/h/g，分别是巯基UiO66、硫铟锌和巯基UiO66@硫铟锌的435.1、61.2和10.2倍。该研究表明，可以通过调整贵金属的位置来实现光生载流子的转移通道的调控，优化光催化制氢效率。

该研究成果以“Au nanodots@thiol-UiO66@ZnIn₂S₄nanosheets with significantly enhanced visible-light photocatalytic H₂evolution: The effect of different Au positions on the transfer of electron-hole pairs（Au纳米点@巯基UiO66 @ ZnIn₂S₄纳米片显著增强可见光光催化制氢：不同Au位置对电子-空穴对转移的影响）”为题发表在催化领域顶级期刊《应用催化B》（影响因子16.683）上，论文第一作者为电气学院博士生毛思鳗，通讯作者为电气学院石建稳副教授，该项研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、电力设备电气绝缘国家重点实验室自主研究课题资助，西安交通大学分析测试共享中心为该研究的表征提供了支持。该项工作是团队在《纳米能源》、《应用催化B》、《材料化学A》（Nano Energy, 2017, 39, 183-191; Applied Catalysis B, 2019, 244, 748-757；Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 15278-15287；Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8, 11031-11042)上发表成果之后，又在催化领域顶级期刊上发表的重要研究成果。

新型储能与能量转换纳米材料研究中心(http://cne.xjtu.edu.cn)瞄准新能源技术发展前沿，围绕新型储能和能量转换纳米材料研究方向，开展以材料微观/介观结构-化学特性-纳米制备技术为核心的基础研究工作，并以新能源转换与储能系统示范工程的研究和实施带动电气工程学科的发展建设，实现在该领域的理论创新与研究方法的创新。

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