文献奖励丨郑州大学：商效卿、田青勇等人凭借使用我们MC镁瑞臣的产品，发表了最新光催化研究成果！
发表期刊：Chemical Engineering Journal
文章题目：High-efficiency solar-driven H2 generation by three-dimensionally ordered macroporous heterojunction structure
第一作者：商效卿
通讯作者：田青勇
发表单位：郑州大学
实验方向：光催化析氢
影响因子：15.1
开发高效光催化剂用于太阳能驱动制氢仍面临重大挑战。仿生材料因其多级结构在增强光捕获和利用以及促进光子生成电子-空穴对的有效分离方面表现出色，对提高光催化效率至关重要。本文设计了一种具有三维有序大孔（3DOM）结构的ZnIn₂S₄-TiO₂（ZIS/T）仿生多级异质结构，用于高效制氢。通过精心调控界面结构，最优的ZIS/T异质结构光催化剂表现出优异的制氢速率，达到9.05 mmol·h⁻¹·g⁻¹，分别是3DOM TiO₂和纯ZnIn₂S₄样品的11倍和4.1倍。显著提高的光催化效率主要归因于其独特的多级结构，提供了丰富的反应位点和出色的传质能力。此外，3DOM多级异质结产生的慢光子效应促进了光子生成载流子的分离。本文为通过界面工程构建高性能光限域异质结光催化剂提供了新策略。
随着当代社会对能源需求的不断增长，探索清洁和可再生能源替代品变得尤为重要。氢气因其高重量能量密度和无碳特性被视为未来可持续能源的重要选择。尽管过去几十年研究人员在半导体催化剂用于光催化制氢方面付出了巨大努力，但光催化制氢仍处于实验室阶段，效率相对较低。光催化性能受光催化剂结构和界面环境的影响较大。复合光催化剂的形态和界面调控可有效调制电子结构，促进电荷转移和分离。因此，构建具有分级和/或异质结结构的杂化材料对于开发高性能光催化剂具有重要意义。
论文第一作者为：商效卿
论文通讯作者为：田青勇
本文使用设备
1 合成与形态表征：
通过无乳化剂乳液聚合法合成了PS微球，并通过垂直沉积法制备了PS胶体晶体模板。进一步通过浸渍和煅烧过程合成了3DOM TiO₂。通过水热法在3DOM TiO₂骨架上生长了超薄ZnIn₂S₄纳米粒子，制备了ZIS/T异质结构。SEM和TEM结果表明，ZnIn₂S₄纳米粒子均匀分布在3DOM TiO₂框架的内外表面，形成了紧密的接触界面。
2 相结构与织构性质：
XRD和Raman光谱证实了3DOM TiO₂、ZnIn₂S₄和ZIS/T复合材料的成功合成。N₂吸附/脱附等温线表明所有样品均具有介孔特性。ZIS/T复合材料具有稍高的比表面积（67.33 m²·g⁻¹），可提供更多活性位点，从而提高光催化性能。XPS分析进一步证实了3DOM TiO₂和ZnIn₂S₄之间的紧密键合。
3 光电化学和电化学测量：
UV-vis DRS结果表明，ZIS/T复合材料在可见光范围内的吸收显著增强。PL光谱、EIS和瞬态光电流响应测试表明，ZIS/T异质结有效促进了光生电子-空穴对的分离，延长了载流子寿命。LSV曲线显示，ZIS/T复合材料具有最低的析氢过电位。
4 光催化制氢活性测量：
在模拟太阳光照射下，ZIS/T复合材料表现出优异的光催化制氢性能，制氢速率达到9.05 mmol·h⁻¹·g⁻¹。循环实验表明，ZIS/T复合材料具有良好的光稳定性。通过研磨破坏3DOM结构后，光催化性能显著下降，证实了3DOM结构对光催化性能的重要贡献。
5 可能的光催化机制：
结合XPS价带谱、Mott-Schottky曲线、电子顺磁共振（EPR）和PL光谱分析，提出了ZIS/T异质结的直接Z型电荷转移机制。在光照下，3DOM TiO₂和ZnIn₂S₄中的电子被激发到导带，空穴留在价带。在内置电场驱动下，3DOM TiO₂导带中的电子与ZnIn₂S₄价带中的空穴复合，留下3DOM TiO₂价带中的空穴和ZnIn₂S₄导带中的电子参与制氢反应。
本文成功合成了具有3DOM结构的ZIS/T复合材料，并通过界面工程实现了高效的光生载流子分离和光吸收利用。ZIS/T复合材料在模拟太阳光照射下表现出优异的光催化制氢性能，制氢速率达到9.05 mmol·h⁻¹·g⁻¹。该研究为设计高效异质结光催化剂提供了新的思路。
往期推荐
#文献速递丨史无前例！光催化领域新突破，江海龙教授最新Angew！
1
END
1
北京镁瑞臣科技有限公司（简称MC镁瑞臣）创立于2018年3月，总部位于北京市海淀区百旺弘祥科技产业园，公司集科研仪器研发制造、销售、服务于一体，以光催化行业为经营主线，致力于环境清洁、新能源、新材料、碳中和纵向深入发展和横向拓展并行的高科技企业。具有中关村高新技术企业认证和国家高新技术企业资质，企业信用评级AAA级企业认证，ISO9001质量管理体系质量认证及多项实用新型和发明专利。
公司在光催化实验设备技术研发方面不断攻克技术难题，为光催化降解污染物、光解水制氢制氧或全解水、光催化二氧化碳还原、光催化合成氨（固氮）、光催化降解VOC、甲醛等实验提供运行更稳定、操作更便捷的实验设备整体解决方案。目前业务遍及全国，为淮北师范大学、清华大学、北京化工大学、北京大学、天津大学、上海交通大学、华东理工大学、武汉大学、西安交通大学、南京工业大学、南京林业大学、东北师范大学、福州大学、中科院物理研究所等科研机构提供了周到满意的服务，赢得了良好口碑。
MC镁瑞臣立志于在光催化行业深耕细作厚积薄发，用品牌和服务成就每一个应该成功的人，愿成为您科研路上最真诚的伙伴！
