近日,黄河科技学院纳米所在光催化析氢领域取得重要突破,研究所全国高校“双带头人”教师党支部书记“强国行”专项行动团队提出相重构用于提升NiS2光催化析氢性能,活性提升15倍。相关成果发表在国际期刊《Applied Surface Science》,我校青年教师侯瑞鹏博士为第一作者。
本研究发现,在可见光驱动的曙红Y-TEOA(EY-TEOA)析氢体系中,NiS2在反应过程中会发生相重构,并显著提升其析氢活性。这一发现揭示了动态结构重构在优化太阳能制氢助催化剂功能中的关键作用。
相重构在电催化析氢反应中已被证实具有不可忽视的作用,且该现象普遍存在,但在光催化领域却鲜有关注。硫化镍(NiS2)作为一种极具潜力的析氢催化剂,具有多变的物相和可调的电子结构。本研究表明,在EY-TEOA体系及可见光辐照下,初始NiS2会自发经历结构演变:从原始NiS2相转变为NiS₂-NiS异质结,并最终演变为NiS相。伴随着这一相重构过程,析氢速率得到极大提升。在最优构型下,其析氢活性约为原始NiS2的15倍。该性能的显著提升,归因于异质结界面处产生的内建电场效应——该效应能够引导光生电荷进行定向分离与迁移。本研究展示了如何利用原位相重构来设计电荷转移路径,从而推动多价过渡金属硫化物(如镍硫化物)的理性设计,为太阳能向氢能的转换技术提供了新的战略思路。
此项研究阐明了原位相重构在优化光催化析氢性能中的重要机制,为太阳能制氢助催化剂设计提供新路径。