Ti₃C₂ MXene纳米片上原位生长的Cd_0.5Zn_0.5S纳米棒实现高效可见光催化析氢

摘要

在能源短缺和环保优先的背景下，光催化制氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一。有效提高光生载流子的分离效率对于设计具有优异析氢活性的光催化剂至关重要。本研究采用一步原位水热法构建了由Cd_0.5Zn_0.5S纳米棒和Ti₃C₂ MXene纳米片组成的二元异质结光催化剂。当Ti₃C₂ MXene的含量为0.5 wt%（质量分数）时，光催化产氢的最大速率为15.56 mmol·g^-1·h^-1，是纯Cd_0.5Zn_0.5S的2.56倍。经过5次催化循环后，光催化活性没有显著下降。该材料在350 nm紫外光下展现出最高的AQE为18.4%。此外，基于X射线光电子能谱（XPS）、原位光照XPS、飞秒瞬态吸收光谱、密度泛函理论（DFT）计算和光催化活性实验，我们提出了MXene/Cd_0.5Zn_0.5S复合材料的电荷转移和光催化制氢机理。我们的研究表明，引入不含贵金属的MXene材料可以有效地帮助光生电子的转移。这项工作展示了MXene材料在构建高效低成本的制氢光催化剂方面的潜力。

关键词

Cd_1-xZn_xS纳米棒 / 光催化 / 析氢 / Ti₃C₂-MXene纳米片 / 异质结

基金资助

科技部国家重点研发计划(2021YFA1501404); 上海市自然科学基金(22ZR1404200); 国家自然科学基金(21373054); 上海市科学技术委员会专项经费(19DZ2270100)