注册 English

Ni掺杂构建电子桥及激活MoS2惰性基面增强光催化分解水产氢

胡琴 ,  陈柳云 ,  谢新玲 ,  秦祖赠 ,  纪红兵 ,  苏通明

downloadPDF
引用本文: 胡琴, 陈柳云, 谢新玲, 秦祖赠, 纪红兵, 苏通明. Ni掺杂构建电子桥及激活MoS2惰性基面增强光催化分解水产氢[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406024 shu
Citation:  Qin Hu, Liuyun Chen, Xinling Xie, Zuzeng Qin, Hongbing Ji, Tongming Su. Construction of Electron Bridge and Activation of MoS2 Inert Basal Planes by Ni Doping for Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406024 shu

Ni掺杂构建电子桥及激活MoS2惰性基面增强光催化分解水产氢

  • 1.

    广西大学化学化工学院, 广西石化资源加工与过程强化技术重点实验室, 南宁 530004

  • 2.

    浙江工业大学化学工程学院, 浙江绿色石化与轻烃转化研究院, 杭州 310014

    • 通讯作者: 苏通明, sutm@gxu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22208065

    广西自然科学基金 2022GXNSFBA035483

    广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室开放基金 2023K012

    广西八桂学者专项资金 

摘要: 光催化产氢是解决环境污染和能源危机的有效途径之一。本研究构筑了Nix-MoS2/ZnIn2S4异质结，以增强光生电子和空穴的分离并增加了产氢活性位点的数量。催化剂表征和理论计算表明，Nix-MoS2与ZnIn2S4界面处的Ni可作为电荷转移的桥梁，Ni-S键是H2O解离的活性位点，并且Nix-MoS2表面上靠近硫空位处的硫位点促进了产氢反应。由于硫空位和Ni掺杂助催化剂MoS2的协同作用，Ni0.08-MoS2/ZnIn2S4表现出最高的产氢速率，为7.13 mmol∙h−1∙g−1，是ZnIn2S4的12.08倍。本研究通过表面空位和掺杂的协同效应以及异质结的优化，为提高光催化效率提供了一条新策略。

English

    1. [1]

      Wang, Y.; Vogel, A.; Sachs, M.; Sprick, R. S.; Wilbraham, L.; Moniz, S. J. A.; Godin, R.; Zwijnenburg, M. A.; Durrant, J. R.; Cooper, A. I.; Nat. Energy 2019, 4 (9), 746. doi: 10.1038/s41560-019-0456-5

    2. [2]

      Zhou, W.; Jing, Q.; Li, J.; Chen, Y.; Hao, G.; Wang, L. Acta Phys.-Chim.Sin. 2022, 39 (5), 2211010. doi: 10.3866/pku.Whxb202211010

    3. [3]

      Bai, X.; Duan, Z.; Nan, B.; Wang, L.; Tang, T.; Guan, J. Chin. J. Catal. 2022, 43 (8) 2240. doi: 10.1016/s1872-2067(21)64033-0

    4. [4]

      Wu, Y.; Wang, Z.; Yan, Y.; Wei, Y.; Wang, J.; Shen, Y.; Yang, K.; Weng, B.; Lu, K. Molecules 2024, 29, 465. doi: 10.3390/molecules29020465

    5. [5]

      Fakeeha, A.; Al-Fatesh, A.; Srivastava, V.; Ibrahim, A.; Abahussain, A.; Abu-Dahrieh, J.; Alotibi, M.; Kumar, R. ACS Omega 2023, 8 (24), 22108. doi: 10.1021/acsomega.3c02229

    6. [6]

      Wang, Q.; Domen, K. Chem. Rev. 2020, 120 (2), 919. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00201

    7. [7]

      Zhang, G.; Wu, H.; Chen, D.; Li, N.; Xu, Q.; Li, H.; He, J.; Lu, J. Green Energy Environ. 2022, 7 (2), 176. doi: 10.1016/j.gee.2020.12.015

    8. [8]

      Zhang, H.; Wang, Z.; Zhang, J.; Dai, K. Chin. J. Catal. 2023, 49, 42. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64444-4

    9. [9]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    10. [10]

      Sun, T.; Li, C.; Bao, Y.; Fan, J.; Liu, E. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (6), 2212009. doi: 10.3866/pku.Whxb202212009

    11. [11]

      Zhang, Y.; Wu, Y.; Wan, L.; Ding, H.; Li, H.; Wang, X.; Zhang, W. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 311, 121255. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121255

    12. [12]

      Zhang, X.; Matras-Postolek, K.; Yang, P.; Ping Jiang, S. J. Colloid Interface Sci. 2023, 636, 646. doi: 10.1016/j.jcis.2023.01.052

    13. [13]

      Pei, C.; Chen, Y.; Wang, L.; Chen, W.; Huang, G. Appl. Surf. Sci. 2021, 535, 147682. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147682

    14. [14]

      Gao, D.; Long, H.; Wang, X.; Yu, J.; Yu, H. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2209994. doi: 10.1002/adfm.202209994

    15. [15]

      Gao, D.; Deng, P.; Zhang, J.; Zhang, L.; Wang, X.; Yu, H.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62 (25), 202304559. doi: 10.1002/anie.202304559

    16. [16]

      Yang, Z.; Chu, D.; Jia, G.; Yao, M.; Liu, B. Appl. Surf. Sci. 2020, 504, 144407. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144407

    17. [17]

      Yang, J.; Bao, W.; Jaumaux, P.; Zhang, S.; Wang, C.; Wang, G. Adv. Mater. Interf. 2019, 6, 1802004. doi: 10.1002/admi.201802004

    18. [18]

      Tan, P.; Zhu, A.; Qiao, L.; Zeng, W.; Ma, Y.; Dong, H.; Xie, J.; Pan, J. Inorg. Chem. Front. 2019, 6 (4), 929. doi: 10.1039/c8qi01359d

    19. [19]

      Ren, T.; Huang, H.; Li, N.; Chen, D.; Xu, Q.; Li, H.; He, J.; Lu, J. J. Colloid Interface Sci. 2021, 598, 398. doi: 10.1016/j.jcis.2021.04.027

    20. [20]

      Lin, Y.; Pan, D.; Luo, H. Mater. Sci. Semicond. Process. 2021, 121, 105453. doi: 10.1016/j.mssp.2020.105453

    21. [21]

      Zhang, H.; Shao, C.; Wang, Z.; Zhang, J.; Dai, K. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 195, 146. doi: 10.1016/j.jmst.2023.11.081

    22. [22]

      Tan, M.; Ma, Y.; Yu, C.; Luan, Q.; Li, J.; Liu, C.; Dong, W.; Su, Y.; Qiao, L.; Gao, L. Adv. Funct. Mater. 2021, 32 (14), 2111740. doi: 10.1002/adfm.202111740

    23. [23]

      Guo, Y.; Sun, J.; Tang, Y.; Jia, X.; Nie, Y.; Geng, Z.; Wang, C.; Zhang, J.; Tan, X.; Zhong, D.; et al. Energy Environ. Sci. 2023, 16, 3462. doi: 10.1039/d3ee01522j

    24. [24]

      Su, T.; Men, C.; Chen, L.; Chu, B.; Luo, X.; Ji, H.; Chen, J.; Qin, Z. Adv. Sci. 2022, 9, 2103715. doi: 10.1002/advs.202103715

    25. [25]

      Du, C.; Zhang, Q.; Lin, Z.; Yan, B.; Xia, C.; Yang, G. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 248, 193. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.02.027

    26. [26]

      Men, C.; Chen, L.; Ji, H.; Qin, Z.; Su, T. Chem. Eng. J. 2023, 473, 145173. doi: 10.1016/j.cej.2023.145173

    27. [27]

      Liu, T.; Wang, T.; Ding, C.; Wang, M.; Wang, W.; Shen, H.; Zhang, J. Sep. Purif. Technol. 2023, 310, 123170. doi: 10.1016/j.seppur.2023.123170

    28. [28]

      Zhou, D.; Xue, X.; Wang, X.; Luan, Q.; Li, A.; Zhang, L.; Li, B.; Dong, W.; Wang, G.; Hou, C. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 310, 121337. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121337

    29. [29]

      Ke, X.; Tang, C.; Xiong, R.; Xiao, Y.; Cheng, B.; Lei, S. Inorg. Chem. 2024, 63 (4), 2157. doi: 10.1021/acs.inorgchem.3c0410

    30. [30]

      Lu, P.; Liu, K.; Liu, Y.; Ji, Z.; Wang, X.; Hui, B.; Zhu, Y.; Yang, D.; Jiang, L. Appl. Catal. B-Environ. 2024, 345, 123697. doi: 10.1016/j.apcatb.2024.123697

    31. [31]

      Zhang, W.; Peng, J.; Hua, W.; Liu, Y.; Wang, J.; Liang, Y.; Lai, W.; Jiang, Y.; Huang, Y.; Zhang, W. Adv. Energy Mater. 2021, 11 (22), 2100757. doi: 10.1002/aenm.202100757

    32. [32]

      Dörr, T.; Deilmann, L.; Haselmann, G.; Cherevan, A.; Zhang, P.; Blaha, P.; Oliveira, P. W.; Kraus, T.; Eder, D. Adv. Energy Mater. 2018, 8 (36), 1802566. doi: 10.1002/aenm.201802566

    33. [33]

      Wei, L.; Chen, Y.; Lin, Y.; Wu, H.; Yuan, R.; Li, Z. Appl. Catal. B-Environ. 2014, 144, 521. doi: 10.1016/j.apcatb.2013.07.064

    34. [34]

      Ji, Y.; Ding, X.; Xue, Y.; Wang, J.; Tian, J. J. Colloid Interface Sci. 2024, 654, 1340. doi: 10.1016/j.jcis.2023.10.147

    35. [35]

      Wang, G.; Zhang, G.; Ke, X.; Chen, X.; Chen, X.; Wang, Y.; Huang, G.; Dong, J.; Chu, S.; Sui, M. Small 2022, 18, 2107238. doi: 10.1002/smll.202107238

    36. [36]

      Du, J.; Chen, X.; Liu, C.; Ni, J.; Hou, G.; Zhao, Y.; Zhang, X. Appl. Phys. A 2014, 117, 815. doi: 10.1007/s00339-014-8436-X

    37. [37]

      Ye, S.; Li, J.; Feng, Y.; Gao, S.; Cao, R. Sci. China Mater. 2023, 66 (8), 3146. doi: 10.1007/s40843-023-2456-6

    38. [38]

      Zhang, P.; Wang, X.; Yang, Y.; Yang, H.; Lu, C.; Su, M.; Zhou, Y.; Dou, A.; Li, X.; Hou, X. J. Colloid Interface Sci. 2024, 655, 383. doi: 10.1016/j.jcis.2023.11.016

    39. [39]

      Liu, Y.; Guan, S.; Du, X.; Chen, Y.; Yang, Y.; Chen, K.; Zheng, Z.; Wang, X.; Shen, X.; Hu, C. Energy Fuels 2023, 37 (7), 5370. doi: 10.1021/acs.energyfuels.2c03942

    40. [40]

      Liu, F.; Cai, X.; Tang, Y.; Liu, W.; Chen, Q.; Dong, P.; Xu, M.; Tan, Y.; Bao, S. Energy Environ. Mater. 2023, 12644. doi: 10.1002/eem2.12644

    41. [41]

      Ma, X.; Li, J.; An, C.; Feng, J.; Chi, Y.; Liu, J.; Zhang, J.; Sun, Y. Nano Res. 2016, 9 (8), 2284. doi: 10.1007/s12274-016-1115-9

    42. [42]

      Dong, T.; Zhang, X.; Wang, P.; Chen, H.; Yang, P. Electrochim. Acta 2020, 338, 135885. doi: 10.1016/j.electacta.2020.135885

    43. [43]

      Wu, L.; Zhang, L.; Liu, R.; Ge, H.; Tao, Z.; Meng, Q.; Zhang, Y.; Duan, T. ACS ES & T Water 2021, 1 (10), 2197. doi: 10.1021/acsestwater.1c00097

    44. [44]

      Liu, X.; Han, X.; Liang, Z.; Xue, Y.; Zhou, Y.; Zhang, X.; Cui, H.; Tian, J. J. Colloid Interface Sci. 2022, 605, 320. doi: 10.1016/j.jcis.2021.07.111

    45. [45]

      Peng, Y.; Guo, X.; Xu, S.; Guo, Y. N.; Zhang, D.; Wang, M.; Wei, G.; Yang, X.; Li, Z.; Zhang, Y. J. Energy Chem. 2022, 75, 276. doi: 10.1016/j.jechem.2022.06.027

    46. [46]

      Fang, H.; Cai, J.; Li, H.; Wang, J.; Li, Y.; Zhou, W.; Mao, K.; Xu, Q. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5 (7), 8232. doi: 10.1021/acsaem.2c00767

    47. [47]

      Ding, S.; Medic, I.; Steinfeldt, N.; Dong, T.; Voelzer, T.; Haida, S.; Rabeah, J.; Hu, J.; Strunk, J. Small Struct. 2023, 4 (10), 2300091. doi: 10.1002/sstr.202300091

    48. [48]

      Su, H.; Lou, H.; Zhao, Z.; Zhou, L.; Pang, Y.; Xie, H.; Rao, C.; Yang, D.; Qiu, X. Chem. Eng. J. 2022, 430, 132770. doi: 10.1016/j.cej.2021.132770

    49. [49]

      Pan, X.; Shang, C.; Chen, Z.; Jin, M.; Zhang, Y.; Zhang, Z.; Wang, X.; Zhou, G. Nanomaterials 2019, 9, 1266. doi: 10.3390/nano9091266

    50. [50]

      Mandari, K. K.; Kang, M. Mater. Today Sustain. 2023, 23, 100444. doi: 10.1016/j.mtsust.2023.100444

    51. [51]

      Chen, T.; Liu, B.; Li, M.; Zhou, L.; Lin, D.; Ding, X.; Lian, J.; Li, J.; He, R.; Duan, T. Chem. Eng. J. 2021, 406, 126791. doi: 10.1016/j.cej.2020.126791

    52. [52]

      Qin, Y.; Li, H.; Lu, J.; Feng, Y.; Meng, F.; Ma, C.; Yan, Y.; Meng, M. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 277, 119254. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119254

    53. [53]

      Li, R.; Liang, S.; Aihemaiti, A.; Li, S.; Zhang, Z. Appl. Surf. Sci. 2023, 631, 157461. doi: 10.1016/j.apsusc.2023.157461

    54. [54]

      Liu, W.; Wang, P.; Chen, J.; Gao, X.; Che, H.; Liu, B.; Ao, Y. Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (38), 2205119. doi: 10.1002/adfm.202205119

    55. [55]

      Ding, X.; Xu, X.; Wang, J.; Xue, Y.; Wang, J.; Qin, Y.; Tian, J. J. Colloid Interface Sci. 2024, 662, 727. doi: 10.1016/j.jcis.2024.02.124

    56. [56]

      Li, W.; Li, J.; Liu, Z.; Ma, H.; Fang, P.; Xiong, R.; Wei, J. Rare Met. 2023, 43 (2), 533. doi: 10.1007/s12598-023-02419-5

    57. [57]

      Ning, Y.; Wang, S.; Wang, H.; Quan, W.; Lv, D.; Yu, S.; Hu, X.; Tian, H. J. Colloid Interface Sci. 2024, 662, 928. doi: 10.1016/j.jcis.2024.02.082

    58. [58]

      Yang, W.; Zhou, F.; Sun, N.; Wu, J.; Qi, Y.; Zhang, Y.; Song, J.; Sun, Y.; Liu, Q.; Wang, X. J. Colloid Interface Sci. 2024, 662, 695. doi: 10.1016/j.jcis.2024.02.119

    59. [59]

      Liu, F.; Zeng, D.; Tian, Y.; Hu, Y.; Shen, T.; Gao, Y.; Guan, R. Appl. Surf. Sci. 2024, 642, 158572. doi: 10.1016/j.apsusc.2023.158572

    60. [60]

      Dai, M.; Yu, H.; Chen, W.; Qu, K.; Zhai, D.; Liu, C.; Zhao, S.; Wang, S.; He, Z. Chem. Eng. J. 2023, 470, 144240. doi: 10.1016/j.cej.2023.144240

    61. [61]

      Liang, Z.; Xue, Y.; Guo, Y.; Zhang, G.; Cui, H.; Tian, J. Chem. Eng. J. 2020, 396, 125344. doi: 10.1016/j.cej.2020.125344

    62. [62]

      Ding, X.; Xue, Y.; Wang, J.; Tian, J. J. Colloid Interface Sci. 2024, 659, 225. doi: 10.1016/j.jcis.2023.12.161

    63. [63]

      Wang, Q.; Huang, W.; Li, X.; Lin, S.; Li, Z.; Ma, X. Chem. Eng. J. 2024, 480, 148242. doi: 10.1016/j.cej.2023.148242

    64. [64]

      Han, X.; Liu, Q.; Qian, A.; Ye, L.; Pu, X.; Liu, J.; Jia, X.; Wang, R.; Ju, F.; Sun, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15 (22), 26670. doi: 10.1021/acsami.3c02895

    65. [65]

      Cai, X.; Du, J.; Zhong, G.; Zhang, Y.; Mao, L.; Lou, Z. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (11), 2302017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202302017

    66. [66]

      Tu, B.; Che, R.; Wang, F.; Li, Y.; Li, J.; Qiu, J. Appl. Surf. Sci. 2023, 629, 157451. doi: 10.1016/j.apsusc.2023.157451

    67. [67]

      Bian, Y.; He, H.; Dawson, G.; Zhang, J.; Dai, K. Sci. China Mater. 2024, 67 (2), 514. doi: 10.1007/s40843-023-2725-y

    68. [68]

      Xie, Z.; Xie, L.; Qi, F.; Liu, H.; Meng, L.; Wang, J.; Xie, Y.; Chen, J.; Lu, C. J. Colloid Interface Sci. 2023, 650, 784. doi: 10.1016/j.jcis.2023.07.032

    69. [69]

      Shen, Y.; Liu, Y.; Xi, X.; Nie, Z. J. Solid State Chem. 2024, 329, 124419. doi: 10.1016/j.jssc.2023.124419

    70. [70]

      Zhang, Y.; Gao, M.; Chen, S.; Wang, H.; Huo, P. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (6), 2211051. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211051

    71. [71]

      Xu, X.; Shao, C.; Zhang, J.; Wang, Z.; Dai, K. Acta Phys.-Chim.Sin. 2024, 40 (10), 202309031. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309031

    72. [72]

      Ma, X.; Li, W.; Ren, C.; Li, H.; Li, X.; Dong, M.; Gao, Y.; Wang, T.; Zhou, H.; Li, Y. J. Alloy. Compd. 2022, 901, 163709. doi: 10.1016/j.jallcom.2022.163709

    73. [73]

      Zhang, L.; Wu, Y.; Tsubaki, N.; Jin, Z. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (12), 2302051. doi: 10.3866/PKU.WHXB202302051

    74. [74]

      Cao, J.; Teng, F.; Zhang, Y.; Zhang, C.; Liu, X.; Li, Z. Mater. Lett. 2024, 355, 135458. doi: 10.1016/j.matlet.2023.135458

    75. [75]

      Yang, T.; Wang, J.; Wang, Z.; Zhang, J.; Dai, K. Chin. J. Catal. 2024, 58, 157. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64607-8

    76. [76]

      Yan, J.; Zhang, J. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 193, 18. doi: 10.1016/j.jmst.2023.12.054

    77. [77]

      Zhang, J.; Yang, G.; He, B.; Cheng, B.; Li, Y.; Liang, G.; Wang, L. Chin. J. Catal. 2022, 43 (10), 2530. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64108-1

    78. [78]

      Zhang, J.; Zhu, B.; Zhang, L.; Yu, J. Chem. Commun. 2023, 59 (6), 688. doi: 10.1039/d2cc06300j

    79. [79]

      Yuan, C.; Yin, H.; Lu, H.; Zhang, Y.; Li, J.; Xiao, D.; Yang, X.; Zhang, Y.; Zhang, P. J. Am. Chem. Soc. 2023, 3 (11), 3127. doi: 10.1021/jacsau.3c00482

    80. [80]

      Zhang, X.; Gao, D.; Zhu, B.; Cheng, B.; Yu, J.; Yu, H. Nat. Commun. 2024, 15, 3212. doi: 10.1038/s41467-024-47624-7

    81. [81]

      Ma, G.; Shang, C.; Jin, M.; Shui, L.; Meng, Q.; Zhang, Y.; Zhang, Z.; Liao, H.; Li, M.; Chen, Z. J. Mater. Chem. C 2020, 8 (1), 2693. doi: 10.1039/c9tc05456a

    82. [82]

      Huang, Z.; Zhang, T.; Chang, C.; Li, J. ACS Catal. 2019, 9, 5523. doi: 10.1021/acscatal.9b00838

    83. [83]

      Huang, Z.; Liu, L.; Qi, S.; Zhang, S.; Qu, Y.; Chang, C. ACS Catal. 2017, 8, 546. doi: 10.1021/acscatal.7b02732

    84. [84]

      Zhang, K.; Jin, B.; Gao, Y.; Zhang, S.; Shin, H.; Zeng, H.; Park, J. H. Small 2019, 15 (8), 1804903. doi: 10.1002/smll.201804903

    85. [85]

      Dai, M.; He, Z.; Zhang, P.; Li, X.; Wang, S. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 122, 231. doi: 10.1016/j.jmst.2022.02.014

    86. [86]

      Xi, Q.; Xie, F.; Liu, J.; Zhang, X.; Wang, J.; Wang, Y.; Wang, Y.; Li, H.; Yu, Z.; Sun, Z. Small 2023, 19 (24), 2300717. doi: 10.1002/smll.202300717

    87. [87]

      Zhang, G.; Yuan, X.; Xie, B.; Meng, Y.; Ni, Z.; Xia, S. Chem. Eng. J. 2022, 433, 133670. doi: 10.1016/j.cej.2021.133670

    88. [88]

      Shi, Y.; Li, L.; Xu, Z.; Guo, F.; Shi, W. Chem. Eng. J. 2023, 459, 141549. doi: 10.1016/j.cej.2023.141549

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  256
  • HTML全文浏览量:  57
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-06-20
  • 接受日期:  2024-07-22
  • 修回日期:  2024-07-20
  • 网络出版日期:  2024-08-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net