近日，我校材料與能源學(xué)院綠色能源材料團(tuán)隊(duì)張聲森/方岳平教授聯(lián)合廣東工業(yè)大學(xué)張山青教授團(tuán)隊(duì)在光催化制氫領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，兩項(xiàng)研究成果以Research Article形式分別發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials（中科院一區(qū)Top，影響因子29.4）、Advanced Functional Materials (中科院一區(qū)Top，影響因子19.0)。
開發(fā)具有密集高濃度且相鄰的路易斯酸堿對(duì)（FLPs）催化活性位點(diǎn)是增強(qiáng)催化活性和加快催化反應(yīng)速率的關(guān)鍵。有鑒于此，在本研究中發(fā)現(xiàn)在Ni/NiOx@C催化劑在退火過(guò)程中，多晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的Jahn-Teller效應(yīng)有助于生成電荷極性不同的高密度氧空穴（VO）和鎳空穴（VNi），構(gòu)成FLP-Vo-C堿性位點(diǎn)和FLP-VNi-C酸性位點(diǎn)，通實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明FLP-VO-C和FLP-VNi-C位點(diǎn)之間的協(xié)同作用有效降低了水吸附和分裂的能量壁壘；此外，缺陷誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合使得Ni/NiOx@C催化劑展現(xiàn)出顯著的光熱效應(yīng)。因此，這種熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的協(xié)同增強(qiáng)使Ni/NiOx@C/g-C3N4復(fù)合光催化劑實(shí)現(xiàn)了10.7mmolg-1?h-1高效的光催化制氫性能，在380nm的AQY值達(dá)到了40.78%。該研究工作為設(shè)計(jì)具有高密度和相鄰FLPs位點(diǎn)的新型缺陷態(tài)多相共催化劑鋪平了道路，有望增強(qiáng)各種催化反應(yīng)。該研究發(fā)表在Advanced Materials期刊上，題目為“Unveiling the Synergistic Role of Frustrated Lewis Pairs in Carbon-Encapsulated Ni/NiOx Photothermal Cocatalyst for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production”。
研發(fā)高效且普適性應(yīng)用的非貴金屬納米材料的助催化劑可在低成本、可持續(xù)和大規(guī)模光催化制氫中發(fā)揮重要作用。該研究采用緩慢滲碳法和同步碳?xì)浠衔镞€原法合成了碳包覆富金屬鉬的Mo/Mo2C異質(zhì)結(jié)構(gòu)助催化劑（Mo/Mo2C@C）。實(shí)驗(yàn)表明富金屬鉬的物理特性克服了Mo2C導(dǎo)電性差的問(wèn)題。密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明Mo/Mo2C@C催化劑表面具有近乎理想的H吸脫附吉布斯自由能(ΔGH*)，有利于促進(jìn)析氫反應(yīng)。且將該助催化劑與有機(jī)聚合物半導(dǎo)體g-C3N4和無(wú)機(jī)半導(dǎo)體CdS復(fù)合，在堿性溶液中和酸性（甲酸）溶液中，Mo/Mo2C/g-C3N4和Mo/Mo2C/CdS復(fù)合光催化劑在可見光下的制氫性能，分別表現(xiàn)出2.7mmol h-1g-1和98.2 mmol h-1 g-1的高H2產(chǎn)率，展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能和普遍適用性。該研究發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上，題目為“Cocatalyst Engineering with Robust Tunable Carbon-Encapsulated Mo-Rich Mo/Mo2C Heterostructure Nanoparticle for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution”。
兩項(xiàng)工作的第一作者均為我校2020級(jí)碩士研究生楊志，主要通訊作者為我校張聲森教授。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
論文相關(guān)信息：1.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313513
2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202212746
文圖/材料與能源學(xué)院 高瓊芝
