功函数工程调控Mo₂C MXene的Mo 4d电子结构以提升光催化产氢效率

摘要

Mo₂C MXene（Mo₂CT_x）由于其表面Mo活性位点具有类Pt的电子结构在光催化中展现出优异的析氢潜力。然而，Mo₂CT_x中的Mo位点在析氢反应（HER）过程中通常表现出过强的H吸附能力，显著限制了Mo₂CT_x的本征催化活性。为了削弱Mo活性位点的H吸附能力，本论文通过功函数诱导效应原位构建MoC-Mo₂C MXene异质结，实现了d轨道电子的调控。利用Co诱导的熔盐法将Mo₂C MXene原位转化为MoC，随后通过简单的超声辅助方法与TiO₂耦合，制备了MoCMo₂CT_x/TiO₂光催化剂。光催化产氢测试表明，最优的MoC-Mo₂CT_x/TiO₂样品实现了1886μmol·h^-1·g^-1的产氢速率，分别是TiO₂和Mo₂CF_x/TiO₂（Mo₂CF_x通过常规蚀刻剂NH₄F+HCl制备）的117.9倍和3.9倍。实验和理论计算证实，MoC与Mo₂C MXene之间的功函数梯度诱导电子从MoC向Mo₂C MXene转移，从而削弱了Mo₂CT_x助催化剂中Mo活性位点的H吸附能力，进而提升了其HER活性。该研究为原位构建基于Mo₂C MXene的异质结以调控Mo活性位点的H吸附能力提供了一种新策略。

关键词

光催化产氢 / 助催化剂 / Mo₂C MXene / 异质结 / d轨道调控

基金资助

国家自然科学基金(22472127,22178275,U22A20147); 湖北省自然科学基金(2022CFA001)资助