论文奖励丨南昌航空大学李喜宝团队光电催化“一石二鸟”：甲醛氧化辅助产氢效率1534，登顶AFM（IF=19）

国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子19）刊发了南昌航空大学李喜宝教授团队的突破性研究成果。李喜宝教授为论文第一作者兼共同通讯作者，联合清华大学朱永法教授、山西大学付永明副教授、浙江海洋大学周英棠教授、辽宁科技大学韩露副教授共同担任通讯作者。

该研究创新性地将硫空位与Co单原子协同工程引入Bi₂S₃₋δ/Co-N-C双功能催化剂体系，构建了双通道电荷转移路径，成功实现了光电催化析氢（HER）与甲醛氧化（FOR）的高效耦合。性能数据显示：HER产氢速率达1534 μmol·cm⁻²·h⁻¹（法拉第效率92.94%），FOR反应速率0.163 h⁻¹（法拉第效率99.16%） ，在同类催化体系中处于领先水平。

研究全程采用北京镁瑞臣科技有限公司MC-SPB10在线气体检测系统对产氢量进行精确在线监测，为实验数据的高可靠性提供了坚实保障。

MC镁瑞臣向论文第一作者李喜宝教授及所有合作者表示热烈祝贺！

第一作者：李喜宝 教授 

通讯作者：李喜宝教授 付永明副教授 周英棠教授 韩露副教授 朱永法教授

发表期刊：Advanced Functional Materials

影响因子(IF):19（顶刊）

实验方向：光电催化

发表单位：南昌航空大学、山西大学、浙江海洋大学、辽宁科技大学、清华大学

MC-SPB10

本研究使用在线气体检测系统MC-SPB10（北京镁瑞臣科技有限公司）光电化学产氢反应在三电极体系中进行，分别以催化剂电极（1×1cm²）、铂棒和饱和甘汞电极作为工作电极、对电极和参比电极。电解液为含有一定浓度甲醛溶液的0.5M Na₂SO₄。以300W氙灯作为光源，并施加由太阳能电池提供的0.9V（vs.RHE）偏压作为电源。每半小时使用自动在线真空光催化系统（MC-SPB10，北京镁瑞臣科技有限公司）和气相色谱仪检测所产生的氢气量。

1、本研究通过将Co单原子锚定在由Co-N-C负载的富硫空位Bi₂S₃₋δ上，构建了Bi₂S₃₋δ/Co-N-C双功能催化剂。测试显示，该系统同时实现了1534 µmol·cm−2·h−1的光电催化析氢反应（法拉第效率为92.94%）和甲醛氧化反应（0.163 h−1，法拉第效率为99.16%）。

图1a) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C合成示意图。b,c) Bi₂S₋δ/Co-N-C的STEM图像。d,e) 沿(020)和(130)方向的线性原子强度分布图。f,g) 图1c中d1、d2区域的傅里叶变换图像。h) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的EDS元素分布图。

图2a) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C、参考Co箔、Co₃O₄和CoPc的XANES谱图和b) FT-EXAFS谱图。c,d) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C和CoPc在R空间的FT-EXAFS拟合曲线。e,f) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C和CoPc的小波变换EXAFS谱图。

图3a) 样品的TRPL谱图。b–e) Bi₂S₃₋δ、Co-N-C、Bi₂S₃₋δ/ZIF-67和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C在480 nm激发下的fs-TAS谱图。f–i) Bi₂S₃₋δ、Co-N-C、Bi₂S₃₋δ/ZIF-67和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的LSCM图像。j–l) Bi₂S₃₋δ、Co-N-C和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C在668 nm处相应的拟合TA动力学曲线。m) Bi₂S₃₋δ、Co-N-C、Bi₂S₃₋δ/ZIF-67、Bi₂S₃/Co-N-C和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的表面电压强度和IEF强度（假设Bi₂S₃₋δ的内建电场强度为“1”）

图4a) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C在黑暗和光照下的AFM形貌图和b,c) KPFM图像。d) KPFM图像上相应点的表面电势。e) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C在光照下的电子转移示意图。f,g) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的原位照射XPS谱图。

图5a) LSV曲线和b) 相应的Tafel曲线。c) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C在不同浓度HCHO下的LSV曲线。d) 不同催化剂在0.1 M HCHO电解液中的LSV曲线和e) 相应的Tafel曲线。f) HCHO的降解曲线和g) 相应的反应速率常数。h) 不同催化剂在OER或FOR下的产氢速率，以及FOR降解速率（插图）。i) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C与其他报道催化剂的析氢性能和偏压电位比较。j) 法拉第效率图。

图6a,b) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C氧化HCHO的原位DRIFTS和c) 原位拉曼谱图。d,e) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C差分电荷密度的俯视图和f) 侧视图。g) Co-N-C和Bi₂S₃₋δ的平面平均差分电荷密度。h,i) Bi₂S₃₋δ/Co-N-C和Bi₂S₃/Co-N-C的COHP结果。j) 不同样品FOR的自由能阶梯图。k) 不同样品的TDOS结果。l,m) Bi₂S₃/Co-N-C和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的ELF图像。n) Bi₂S₃/Co-N-C和Bi₂S₃₋δ/Co-N-C的PDOS结果。o) Co和S之间电子耦合示意图。

图7 Bi₂S₃₋δ/Co-N-C光电催化HER/FOR的可能机理图及甲醛氧化过程示意图。