非金属等离激元-一种增强二硫化钼光电催化分解水的新手段

利用可再生清洁能源是目前缓解能源危机和环境问题的有效途径之一。在众多途径中,利用半导体材料光催化分解水产氢被认为是最有前景的方法之一。近年来,过渡金属硫化物因其优异的催化活性以及光学和电学性能,被认为是一类新型的可应用于光催化领域的产氢催化剂。其研究的关键问题是如何提升材料的吸光性能以及界面处载流子的分离和迁移。常见的引入等离激元贵金属材料(例如金,银等)的方法,可以有效地提高光催化效率;但是由于其价格昂贵和能级结构确定,以及难以实现同步优化光学性质和杂化结构的界面工程而制约了材料的发展和应用。

近期,西北工业大学纳米能源材料研究中心魏秉庆教授、李炫华教授研究团队设计并利用静电纺丝和水热的方法合成了MoS2@MoO3核壳结构纳米线,利用氢气还原的方式,实现了同步调节吸光性能以及杂化结构界面工程,并应用于光催化水分解产氢领域,最终表现出良好的产氢速率(841.4 μmol h−1 g−1), 以及稳定性。研究者对过渡金属氧化物半导体材料三氧化钼,利用氢掺杂的手段来提高自由电子的浓度,从而实现三氧化钼等离子体共振吸收峰可控调节,进一步拓宽和增强杂化结构的吸光能力。此外,在三氧化钼中氢的掺杂,也会改变其能级结构;通过对氢掺杂量的控制,可以有效的调节三氧化钼的能级结构,从而更好的与二硫化钼的能级结构进行匹配,提高光生载流子的分离和迁移。同时,氢的掺杂也会减少三氧化钼和二硫化钼界面处的缺陷,提升载流子的运输。由于材料整体是柔性的自支撑膜,也可以直接用来做电极材料。在经过150次的弯曲测试后,光电流保持稳定。

相关工作发表Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.201802567),并被选为封底的内页。

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