新型自組裝光催化劑可有效提高製氫效率

據材料科技在線報道：對於H₂製備來說，通過太陽光催化將水分解為H₂shiyizhonghenyouxiyinlidefangfa。erzailiuzidefenlixiaolvshitigaoguangcuihuachanqingxiaolvdeguanjian。zuijindeyanjiubiaoming

，juyoukongjianfenliguangyanghuahaiyuanbiaomianxingzhideshuangcengduokongnamiguantongguozizuzhuangfajinxinglehecheng，bingzengqianglechanqingguochengzhongdeguangcuihuadehuoxing。

ZnS @ CdS PNTs的自組裝合成和CoOx / ZnS @ CdS / Ni PNTs原位光沉積的連續合成
，以及CoOx / ZnS @ CdS / Ni PNTs中光催化產生H₂過程的示意圖

這篇以“self-template synthesis of double-layered porous nanotubes with spatially separated photoredox surfaces for efficient photocatalytic hydrogen production”為題的論文近日由天津大學張斌教授發表在Science Bulletin雜誌上。

作者使用ZnO納米棒（NRs）作為模板

，通過連續的界麵陰離子/陽離子交換反應和模板蝕刻合成了具有空間分離光氧化還原表麵的ZnS @ CdS雙層多孔納米管。

Ni納米粒子的光還原沉積和CoOx納米粒子的光氧化沉積分別分布在ZnS @ CdS殼層的外表麵和內表麵，表明ZnS @ CdS雙層殼層中存在空間分離光氧化還原反應位點，從而實現了光催化活性的大幅度提高。

隨著近年來能源危機的爆發，新能源的開發變得尤為重要。通過太陽能的光催化將水轉化為H₂被認為是用於H₂shengchandeyigeheyouxiyinlidefangfa。erzailiuzidefenlixiaolvshitigaoguangcuihuachanqingxiaolvdeguanjian。zhuangzaizhucuihuajidecujindianhefenlihechanshengbiaomianyanghuahaiyuanfanyingweidiandeyouxiaoshouduan。

在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)，助(zhu)催(cui)化(hua)劑(ji)在(zai)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)麵(mian)的(de)隨(sui)機(ji)分(fen)布(bu)導(dao)致(zhi)光(guang)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)荷(he)載(zai)體(ti)的(de)隨(sui)機(ji)流(liu)動(dong)方(fang)向(xiang)擁(yong)有(you)很(hen)高(gao)的(de)重(zhong)組(zu)概(gai)率(lv)。中(zhong)空(kong)納(na)米(mi)結(jie)構(gou)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)分(fen)別(bie)在(zai)不(bu)同(tong)表(biao)麵(mian)（內表麵或外表麵）上設計了一種具有空間分離的光還原反應位點和光氧化反應位點
，這種合理的設計是一種非常有前途的策略。

然而，這些光催化劑總是局限於具有封閉結構的空心球，這增加了質量擴散阻力
，並且用作電子收集器的Pt納米顆粒的高成本限製了它們的實際應用。

在此，Zhang小組報道了一種自我組裝的方法

，用來合成了一種具有開放式結構的雙層ZnS @ CdS多孔納米管（PNTs）。薄(bo)異(yi)質(zhi)結(jie)構(gou)的(de)製(zhi)造(zao)使(shi)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)具(ju)有(you)空(kong)間(jian)分(fen)離(li)還(hai)原(yuan)反(fan)應(ying)和(he)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)表(biao)麵(mian)
，這(zhe)種(zhong)轉(zhuan)換(huan)產(chan)品(pin)中(zhong)的(de)介(jie)孔(kong)壁(bi)和(he)大(da)孔(kong)腔(qiang)允(yun)許(xu)可(ke)見(jian)光(guang)穿(chuan)透(tou)並(bing)在(zai)腔(qiang)內(nei)發(fa)生(sheng)多(duo)次(ci)反(fan)射(she)，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)太(tai)陽(yang)輻(fu)射(she)的(de)利(li)用(yong)效(xiao)率(lv)。

在ZnS層的內部，Zn空缺（VZn）的存在可以作為CdS空穴的受主。CdS的導帶（CB）低於ZnS的CB，可以誘導CdS外層光生電子的富集。

而Ni和CoOx選擇性地將光沉積作為雙重助催化劑，即Ni納米粒子作為電子收集器和還原反應位點裝載在外殼上，CoOx納米粒子作為空穴收集器和氧化反應位點裝載在內殼上。

因此
，得到了一種新型的CoOx / ZnS @ CdS / Niguangcuihuaji，bingqieyouyuzizuzhuangyanshengdebozhongkongyizhijieyuguangchenjiyanshengdekongjianfenlideshuangzhongzhucuihuazuoyong

，huodelekejianguangqudongguangcuihuachanqingdeyouyixingneng，keyiweiguangshengdianzihekongxuexiangxiangfanfangxiangdeyouxuzhuanyitigongqudongli，bingcujinbiaomiancuihuafanying。