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H₂是shi一yi種zhong很hen有you吸xi引yin力li的de方fang法fa。而er載zai流liu子zi的de分fen離li效xiao率lv是shi提ti高gao光guang催cui化hua產chan氫qing效xiao率lv的de關guan鍵jian。最zui近jin的de研yan究jiu表biao明ming
，具ju有you空kong間jian分fen離li光guang氧yang化hua還hai原yuan表biao麵mian性xing質zhi的de雙shuang層ceng多duo孔kong納na米mi管guan通tong過guo自zi組zu裝zhuang法fa進jin行xing了le合he成cheng
，並bing增zeng強qiang了le產chan氫qing過guo程cheng中zhong的de光guang催cui化hua的de活huo性xing。

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H₂生sheng產chan的de一yi個ge和he有you吸xi引yin力li的de方fang法fa。而er載zai流liu子zi的de分fen離li效xiao率lv是shi提ti高gao光guang催cui化hua產chan氫qing效xiao率lv的de關guan鍵jian。裝zhuang載zai助zhu催cui化hua劑ji的de促cu進jin電dian荷he分fen離li和he產chan生sheng表biao麵mian氧yang化hua還hai原yuan反fan應ying位wei點dian的de有you效xiao手shou段duan。

zaidaduoshuqingkuangxia，zhucuihuajizaiguangcuihuajibiaomiandesuijifenbudaozhiguangchanshengdedianhezaitidesuijiliudongfangxiangyongyouhengaodezhongzugailv。zhongkongnamijiegouguangcuihuajifenbiezaibutongbiaomian（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）。boyizhijiegoudezhizaoshiguangcuihuajijuyoukongjianfenlihaiyuanfanyingheyanghuafanyingbiaomian，zhezhongzhuanhuanchanpinzhongdejiekongbihedakongqiangyunxukejianguangchuantoubingzaiqiangneifashengduocifanshe，dadatigaoletaiyangfushedeliyongxiaolv。

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 / Ni光guang催cui化hua劑ji，並bing且qie由you於yu自zi組zu裝zhuang衍yan生sheng的de薄bo中zhong孔kong異yi質zhi結jie與yu光guang沉chen積ji衍yan生sheng的de空kong間jian分fen離li的de雙shuang重zhong助zhu催cui化hua作zuo用yong，獲huo得de了le可ke見jian光guang驅qu動dong光guang催cui化hua產chan氫qing的de優you異yi性xing能neng，可ke以yi為wei光guang生sheng電dian子zi和he空kong穴xue向xiang相xiang反fan方fang向xiang的de有you序xu轉zhuan移yi提ti供gong驅qu動dong力li
，並bing促cu進jin表biao麵mian催cui化hua反fan應ying。