构建S型异质结：通过将共价有机框架与过渡金属硫化物结合实现高效无贵金属光催化制氢

摘要

二维共价有机框架（COFs）被认为是最具太阳能驱动制氢潜力的晶态多孔材料之一，但通常需要引入贵金属助催化剂来提升其析氢能力。本研究通过简单溶剂热合成法，在典型二维共价有机框架TtTfp-COF表面生长金属硫化物，成功构建了独特的S型异质结结构TtTfp-COF/NiS复合材料。该结构中，棒状NiS的线性结构更稳定且便于后续表面修饰，同时提供关键活性位点并促进电子高效转移，显著提升析氢效率。共价有机框架通过控制前驱体与配体的空间排布，增强了载流子传输效率。实验结果表明，NT-20样品析氢速率可达5978μmol·g^-1·h^-1，较原始TtTfp-COF(520μmol·g^-1·h^-1)提升约11.5倍。此外，该材料在420 nm光照下表现出1.96%的显著量子效率。实验结果与理论分析共同证实了光催化析氢速率的提升，并深入阐明了S型异质结内的电荷转移机制。本文为非贵金属COF基光催化剂的设计开发提供了新思路，通过无机与有机材料在光催化中的协同组合，为S型异质结的构建提供了新见解。

关键词

共价有机框架 / 光催化析氢 / S型异质结 / 密度泛函理论