1. 文章信息

標（biāo）題：Hierarchical nanohybrid of CuS/NiS2/Ti3C2 heterostructure with boosting charge transfer for efficient photocatalytic hydrogen evolution            

中（zhōng）文（wén）標題： 基（jī）於層（céng）級CuS/NiS2/Ti3C2納米異質結構的高效光催化析氫研究         DOI：10.1016/j.ijhydene.2023.03.369                       

2. 文章鏈接（jiē）

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319923015367?dgcid=author                                

3. 期刊信息

期刊名：  International Journal of Hydrogen Energy          

ISSN：  03603199   

2021年影響因子：  7.139       

分區（qū）信息：   二區TOP           

涉及研究方向：  光催化          

4. 作者信息：第一作者是國科大重慶學院 朱希（xī）。通訊作者為  陸文強。

5. 光源型號：CEL-HXF300-T3氙（xiān）燈

文章簡介：

隨（suí）著化學能源的不斷（duàn）消耗，各種（zhǒng）環境問題（如全球（qiú）變暖、環境汙染等）已經（jīng）對人們的生活產生了巨大（dà）的不良影響。在“碳達峰，碳中（zhōng）和”的戰略目（mù）標（biāo）下，開發新型能源例如太陽能（néng）、風（fēng）能以及（jí）潮汐能等就變得十分必要。全球的能（néng）源危機也（yě）促使科學家尋找可以替代化石（shí）燃料的（de）可再生能源。太陽能是最具有潛力的可再生能源，太（tài）陽能的轉化（huà）與（yǔ）存儲已經成為（wéi）了當前的熱門研究課題。在《國家自然科學基金“十四（sì）五”發展（zhǎn）規劃》第91條提出“圍繞能源高效利用與節（jiē）能減排的重大需求以及我國碳減排麵臨的巨大挑戰。研（yán）究高效低成本製氫/儲氫/加氫。”為了利用好和高效（xiào）轉化太陽能，將MXenes和二維硫化物半導（dǎo）體應用於（yú）光催化產氫（qīng）中，這兩（liǎng）種二維半導體材料的帶隙在0.1~3 eV左（zuǒ）右，屬於可見（jiàn）光的吸收範圍，因此也是目前光催化產（chǎn）氫的熱點研究材料。

通過摻雜或者引入（rù）空位的方式可以（yǐ）增加單組分硫化（huà）物的（de）活性，增加其光催化產氫性能，提升光電轉化效率。但是單組分的硫化（huà）物（wù）往往麵臨（lín）著光生電子與空穴容易複合的缺陷。因此（cǐ），構造基於硫化物與其他助催化劑，例如氧化物、其他硫化物和磷化（huà）物等，構造“II型”或“Z型”異質結構是一（yī）種有效（xiào）的抑製光電子-空（kōng）穴（xué）對複合的方法，從而提升光催化過程中的光電轉化效（xiào）率。

NiS2是一種n型半導體，作為光催（cuī）化劑對（duì）析氫速率具有較低的反（fǎn）應勢壘。然而，NiS2的性能仍然（rán）受（shòu）到納米粒子的聚集以及光生電子和空穴的快速複合的（de）限製。因此，需要與其他硫化物一起構建“II型”或“Z型”異質結構（gòu）光催化（huà）劑，以（yǐ）提高析氫速率。CuS具有窄帶隙（~2 eV），可以有效地捕（bǔ）獲可見光。此外，製備方法簡便，原料價格低廉，是一類（lèi）的優異的光催化材料。

此外，在光（guāng）催化（huà）劑中加入高導電二維半導體材料可以實現光生電子的快速轉移。石墨烯、g-C3N4和MXenes是最有希望用於光催化（huà）反應的高導電性二維（wéi）材（cái）料。最近，MXenes材料已被用於與其他光催化劑（如氧化物、硫化物和磷化物）結合，用於光催化析氫。Ti3C2Tx是一類（lèi）研（yán）究最廣泛的MXenes材料（liào），具有類似手風琴的形態，具有高導電性、大比表（biǎo）麵積、親水性和高可見光吸收性。

在本論文中，通過多步（bù）溶劑熱反應，依（yī）次將NiS2納米粒子和（hé）CuS納米（mǐ）針沉積在Ti3C2Tx納（nà）米片（piàn）的表麵，創新地（dì）製備了三組分CuS/NiS2/Ti3C2Tx分層異質（zhì）結構。在該“II型”CuS/NiS2/Ti3C2Tx體係中，納（nà）米針形貌提供了非常多的光催化反（fǎn）應位點；NiS2和CuS作為（wéi）共催化劑形成“II型”異質結構，這會（huì）促進光生電子的分離和遷移。Ti3C2Tx表現出類似金屬的電子導電性，可以快速傳輸電子。CuS/NiS2/Ti3C2Tx異（yì）質結構（gòu）的減小（xiǎo）的帶（dài）隙說明光（guāng）吸收（shōu）會增加（jiā），二（èr）維材料之間的範德華力也促進了光生電子（zǐ）的轉移。與純CuS、NiS2和NiS2/Ti3C2Tx相比，CuS/NiS2/Ti3C2Tx異質結構表現出最高（gāo）的氫產率為（wéi）32.66 mmol g-1 h-1。CuS/NiS2/Ti3C2Tx異質結構在經過4個循環（一個循（xún）環持續4 h）後也表現（xiàn）出 97.7% 的析氫保留率。經過光催化循（xún）環反應後，CuS/NiS2/Ti3C2Tx異質結構的形貌和晶體結構沒有發生明顯（xiǎn）變化，表明其具有良（liáng）好的結構穩定性和耐光腐蝕性能。該工作通過低成本（běn）、簡便的製（zhì）備方法，原位構造了多（duō）種（zhǒng）硫化物CuS/NiS2/Ti3C2Tx異質（zhì）結構。可將該（gāi）方法應用於其它“Z型”和“Type-II”異質結光催化劑。

圖2 （a）CuS、（b）NiS₂、（c）Ti₃C₂T_x、（d）NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構和（e和f）CuS/NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構的SEM圖

圖3 （a和b）CuS、NiS₂、NiS₂/Ti₃C₂T_x和CuS/NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構的（de）光催化產（chǎn）氫性能和產氫速率；（c）CuS/NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構在紫（zǐ）外-可見光和可見光下（xià）的產氫性能；（d和e）CuS/NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構在不同（tóng）pH條件（jiàn）下的光催化產氫性能和（hé）產氫速率；（f）CuS/NiS₂/Ti₃C₂T_x異質結構的AQY值