南理工太陽能製氫取進展

據南京理工大學新聞網報道：近日，南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特研究院“青年拔尖人才選聘計劃”張侃教授與美國斯坦福大學、韓國延世大學
、韓國成均館大學
、韓國科學研究院等展開多方合作，通過缺陷誘導的外延生長法，成功合成出了[001]取向的MoS2納米帶/[0001]取向的CdS納米線的共軸異質結構。這一結果為實現廉價、高效的人工光合作用製氫技術提供新思路，也為人工光合作用製氫在未來的航空航天
、氫能源汽車等軍民工業領域應用打下基礎，相關結果已發表在Nano Letters上（2017，DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b02622），影響因子13.8。

近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)人(ren)口(kou)的(de)增(zeng)長(chang)和(he)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)
，能(neng)量(liang)和(he)物(wu)質(zhi)的(de)單(dan)向(xiang)流(liu)動(dong)也(ye)在(zai)顯(xian)著(zhu)增(zeng)長(chang)，人(ren)類(lei)正(zheng)麵(mian)臨(lin)著(zhe)能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)的(de)缺(que)乏(fa)和(he)成(cheng)本(ben)上(shang)升(sheng)帶(dai)來(lai)的(de)威(wei)脅(xie)。目(mu)前(qian)，人(ren)類(lei)仍(reng)主(zhu)要(yao)依(yi)賴(lai)於(yu)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)提(ti)供(gong)能(neng)源(yuan)，過(guo)度(du)使(shi)用(yong)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)已(yi)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)能(neng)源(yuan)問(wen)題(ti)和(he)環(huan)境(jing)問(wen)題(ti)，尋(xun)求(qiu)清(qing)潔(jie)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)迫(po)在(zai)眉(mei)睫(jie)。

太(tai)陽(yang)能(neng)作(zuo)為(wei)綠(lv)色(se)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)，被(bei)廣(guang)泛(fan)認(ren)為(wei)是(shi)最(zui)具(ju)有(you)開(kai)發(fa)價(jia)值(zhi)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)，吸(xi)引(yin)著(zhe)人(ren)類(lei)對(dui)其(qi)不(bu)斷(duan)探(tan)索(suo)。半(ban)導(dao)體(ti)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)，作(zuo)為(wei)可(ke)將(jiang)太(tai)陽(yang)光(guang)轉(zhuan)化(hua)為(wei)可(ke)儲(chu)存(cun)的(de)電(dian)能(neng)或(huo)者(zhe)化(hua)學(xue)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)媒(mei)介(jie)
，近(jin)些(xie)年(nian)來(lai)一(yi)直(zhi)是(shi)基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)和(he)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)的(de)熱(re)點(dian)和(he)重(zhong)點(dian)。人(ren)工(gong)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)轉(zhuan)換(huan)自(zi)然(ran)界(jie)豐(feng)富(fu)的(de)水(shui)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)為(wei)化(hua)學(xue)燃(ran)料(liao)（如氫氣和碳氫化合物）的有效手段。如果成功，人工光合作用將提供高達105 TW 能源
，是一種能夠從根本上改變化石燃料的可持續“光子”經濟。然而，人工光合作用過度依賴稀有金屬做催化劑，比如鉑、銥和銠。這些稀有金屬儲量少、價格昂貴，無法滿足工業生產需要。類石墨烯二維材料MoS2具有較好的催化活性

，且比表麵積高和價格低廉，擁有巨大的商業價值。但是相對於金屬鉑，MoS2與光催化劑結合時，異質結界麵區域較小且電荷傳輸遲緩，如何通過納米結構的調控提高MoS2催化活性是推動這種無鉑人工光合作用的關鍵。

南京理工大學材料科學與工程學院/格萊特研究院“青年拔尖人才選聘計劃”張侃教授與美國斯坦福大學、韓國延世大學、韓國成均館大學、韓國科學研究院等展開多方合作
，通過缺陷誘導的外延生長法，成功合成出了[001]取向的MoS2納米帶/[0001]取向的CdS納米線的共軸異質結構
，成功攻克這一難題。這種外延的異質結構在420nm下
，達到了79.7%的光生氫氣的量子效率，並在520 nm極限吸收邊界下，仍然擁有9.67%的量子效率。結果表明，CdS納米線表界麵的缺陷種類是間隙金屬Cd0，並集中在CdS的(12 10)晶麵上。而CdS(12 10)晶麵上的(101 1)的晶格間距與MoS2（002）晶麵的晶格間距匹配度高達99.7%，通過間隙金屬Cd
，成功形成了共軸，且與軸向成~30°夾角的MoS2納米帶/CdS納米線的外延結構。通過低損耗的電子能量損失譜，進一步證實了一個不同於CdS和MoS2納(na)米(mi)帶(dai)的(de)界(jie)麵(mian)組(zu)分(fen)，隨(sui)後(hou)的(de)密(mi)度(du)泛(fan)函(han)理(li)論(lun)模(mo)擬(ni)揭(jie)示(shi)了(le)這(zhe)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)界(jie)麵(mian)具(ju)有(you)金(jin)屬(shu)特(te)性(xing)
，因(yin)此(ci)促(cu)進(jin)了(le)電(dian)子(zi)在(zai)界(jie)麵(mian)的(de)低(di)損(sun)耗(hao)傳(chuan)輸(shu)。這(zhe)一(yi)結(jie)果(guo)為(wei)實(shi)現(xian)廉(lian)價(jia)、高效的人工光合作用製氫技術提供新思路，也為人工光合作用製氫在未來的航空航天、氫能源汽車等軍民工業領域應用打下基礎。