可再生氢具有能量密度高、环境友好等特点，因此是很有前途的能源载体和化石燃料的替代品。基于半导体光催化剂的光催化水分解是一种令人信服的将太阳能转化为氢的有趣途径。然而，仍然迫切希望开发出具有稳定的析氢功能的无贵金属且高效的多相光催化剂。目前，光催化析氢(PHE)过程普遍受到太阳吸附范围窄、电荷载流子分离效率低、析氢反应动力学缓慢等因素的限制。因此，设计和构造合适的带隙、高导电性和快速动力学的光催化剂是非常需要的。设计一种基于半导体的异质结构光催化剂，以实现光生电子空穴对的有效分离，对于增强析氢光催化作用非常重要。

有鉴于此，北京大学郭少军教授等人，设计并合成了一类具有丰富致密的ZnIn₂S₄纳米片/Ni_1−xCo_xSe₂-C纳米片2D/2D异质界面的新型Ni_1−xCo_xSe₂-C/ZnIn₂S₄纳米笼。

本文要点

1）构造的异质结构光催化剂暴露出丰富的异质结，为电荷载流子提供了宽而短的转移路径。这两种纳米片的紧密接触诱导了ZnIn₂S₄和Ni_1−xCo_xSe₂-C之间的强烈相互作用，从而改善了光生电子-空穴对的分离和转移。

2）结果表明，Ni_1−xCo_xSe₂-C/ZnIn₂S₄分级纳米笼在不使用其他贵金属助催化剂的情况下，在可见光照射下，析氢速率为5.10 mmol g⁻¹ h⁻¹，具有显著的光催化活性。与ZnIn₂S₄纳米片和裸露的Ni_1−xCo_xSe₂-C纳米笼相比，分别高出6.2倍和30倍。

3）光谱表征和理论计算表明，ZnIn₂S₄与Ni_1−xCo_xSe₂-C的2D/2D异质界面之间的强相互作用能有效促进光生电荷载流子的分离和电子从ZnIn₂S₄向Ni_1−xCo_xSe₂-C的转移。

参考文献：

Yuguang Chao et al. Ni_1−xCo_xSe₂-C/ZnIn₂S₄ Hybrid Nanocages with Strong 2D/2D Hetero‐Interface Interaction Enable Efficient H2‐Releasing Photocatalysis. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202100923

https://doi.org/10.1002/adfm.202100923