Ni掺杂构建电子桥及激活MoS2惰性基面增强光催化分解水产氢

doi:10.3866/PKU.WHXB202406024

物理化学学报 >> 2024, Vol. 40 >> Issue (11): 2406024.doi: 10.3866/PKU.WHXB202406024

所属专题：太阳燃料制备

Ni掺杂构建电子桥及激活MoS₂惰性基面增强光催化分解水产氢

胡琴¹, 陈柳云¹, 谢新玲¹, 秦祖赠¹, 纪红兵¹^,², 苏通明¹^,*()

¹ 广西大学化学化工学院, 广西石化资源加工与过程强化技术重点实验室, 南宁 530004
² 浙江工业大学化学工程学院, 浙江绿色石化与轻烃转化研究院, 杭州 310014

收稿日期:2024-06-20 修回日期:2024-07-20 录用日期:2024-07-22 发布日期:2024-10-14
通讯作者: Email: sutm@gxu.edu.cn (苏通明)
基金资助:
国家自然科学基金(22208065); 广西自然科学基金(2022GXNSFBA035483); 广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室开放基金(2023K012); 广西八桂学者专项资金

Construction of Electron Bridge and Activation of MoS₂ Inert Basal Planes by Ni Doping for Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution

Qin Hu¹, Liuyun Chen¹, Xinling Xie¹, Zuzeng Qin¹, Hongbing Ji¹^,², Tongming Su¹^,*()

¹ Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology, School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China
² Institute of Green Petroleum Processing and Light Hydrocarbon Conversion, College of Chemical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China

Received:2024-06-20 Revised:2024-07-20 Accepted:2024-07-22 Published:2024-10-14
Contact: Email: sutm@gxu.edu.cn (Tongming Su)
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22208065); Guangxi Natural Science Foundation(2022GXNSFBA035483); Opening Project of Guangxi Key Laboratory of Petrochemical Resource Processing and Process Intensification Technology(2023K012); Special Funding for 'Guangxi Bagui Scholars'

1. WHXB202406024-SI-7p.pdf(820KB)

摘要/Abstract

摘要：

光催化产氢是解决环境污染和能源危机的有效途径之一。本研究构筑了Ni_x-MoS₂/ZnIn₂S₄异质结，以增强光生电子和空穴的分离并增加了产氢活性位点的数量。催化剂表征和理论计算表明，Ni_x-MoS₂与ZnIn₂S₄界面处的Ni可作为电荷转移的桥梁，Ni-S键是H₂O解离的活性位点，并且Ni_x-MoS₂表面上靠近硫空位处的硫位点促进了产氢反应。由于硫空位和Ni掺杂助催化剂MoS₂的协同作用，Ni_0.08-MoS₂/ZnIn₂S₄表现出最高的产氢速率，为7.13 mmol∙h⁻¹∙g⁻¹，是ZnIn₂S₄的12.08倍。本研究通过表面空位和掺杂的协同效应以及异质结的优化，为提高光催化效率提供了一条新策略。

关键词: 光催化, 氢气, ZnIn₂S₄, MoS₂, 掺杂

Abstract:

Photocatalytic hydrogen production is one of the effective ways to address environmental pollution and energy crises. Herein, Ni_x-MoS₂/ZnIn₂S₄ heterojunctions were constructed to improve the separation efficiency of photogenerated electrons and holes and increase the number of active sites for hydrogen evolution. According to the catalyst characterization and theoretical calculations, the Ni at the interface between Ni_x-MoS₂ and ZnIn₂S₄ can act as a bridge for charge transfer, the Ni―S bond is the active site for H₂O dissociation, and the S site near the S vacancy on the Ni_x-MoS₂ surface enhances the hydrogen evolution reaction. Benefiting from the synergistic effect of the S vacancy and the Ni-doped MoS₂ cocatalyst, the optimal Ni_0.08-MoS₂/ZnIn₂S₄ exhibited the best hydrogen production rate of 7.13 mmol∙h⁻¹∙g⁻¹, which is 12.08 times than that of ZnIn₂S₄. This work provides a new strategy for enhancing photocatalytic efficiency through the synergistic effect of surface vacancies and doping and the optimization of heterojunctions.

Key words: Photocatalytic, Hydrogen, ZnIn₂S₄, MoS₂, Doping

胡琴, 陈柳云, 谢新玲, 秦祖赠, 纪红兵, 苏通明. Ni掺杂构建电子桥及激活MoS₂惰性基面增强光催化分解水产氢[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11), 2406024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406024

Qin Hu, Liuyun Chen, Xinling Xie, Zuzeng Qin, Hongbing Ji, Tongming Su. Construction of Electron Bridge and Activation of MoS₂ Inert Basal Planes by Ni Doping for Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40(11), 2406024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406024

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB202406024

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2024/V40/I11/2406024

图/表 8

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Ni掺杂构建电子桥及激活MoS₂惰性基面增强光催化分解水产氢

Construction of Electron Bridge and Activation of MoS₂ Inert Basal Planes by Ni Doping for Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution

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