Energy Technology:电容效应如何促进双助催化剂光催化分解硫化氢制氢

光催化H2S资源化利用的现状与挑战

氢能作为一种清洁能源,被誉为未来能源结构的核心,是实现“碳中和”目标的关键替代能源。光催化技术作为一种绿色且环保的制氢技术引起了研究者广泛关注。硫化氢(H2S)是一种有害且有特殊臭鸡蛋气味的有毒气体。然而,从资源利用的角度出发,H2S也是一种潜在氢源。近年来,通过光催化分解H2S产生清洁能源H2已经被认为是一种“一举两得,变废为宝”的绿色环保策略。而高效且稳定的光催化分解H2S制氢性能一直是实践应用的关键。催化剂是制约光催化分解H2S制氢性能的关键。单一催化剂通常伴随着低的光生载流子分离能力和匮乏的反应活性位点等。因此,寻找一种综合的策略去提高单一光催化剂的催化性能一直是实现高效、可持续光催化分解H2S制氢的关键。

双助催化剂修饰策略的现状与挑战

双助催化剂修饰策略作为一种高效的方法,特别是“双还原型”助催化剂修饰,其一方面可以最大程度地实现光生电子的捕获,另一方面可以很好地避免“氧化-还原型”双助催化共沉积所引起的载流子助催化剂之间的再复合。因此,近年来引起研究者广泛关注。目前,“双还原型”助催化沉积主要集中在双贵金属助催化剂。但是其昂贵性和稀有性以及低的载流子储存能力(分离的载流子不及时消耗会再次复合)极大地限制了其广泛应用。故探寻其他非贵金属“双还原型”助催化剂同时伴随着优异的光生电子捕获和储存能力一直是渴求的。

文章亮点

西南石油大学周莹,广州大学刘兆清等以TiO2为模板光催化剂,MoS2和Ti3C2作为双还原助催化剂,利用原位诱导生长策略成功构建了具有化学界面接触的Ti3C2-TiO2-MoS2复合物,形成了有效C-O-Ti和Ti-O-Mo双电子传输通道,显著提升了光生电子的传输效率。更重要的是研究发现MoS2和Ti3C2的引入会直接影响复合材料的电容性质,进而有效地延长了光生电子的寿命。综上所述,MoS2和Ti3C2的引入同时提升载流子传输效率和寿命。作为结果,Ti3C2-TiO2-MoS2复合物展示了优异的光催化分解H2S制氢活性和稳定性(如图1所示)。总的来说,该研究工作首次利用助催化剂的电容效应实现了光催化制氢性能的显著提升,这对于之后构建更加高效“助催化剂-催化剂”系统意义重大。

图1  a,b) 光催化制氢活性; c) 稳定性; d) 瞬态光电流; e) 电化学CV图; f) LSV图

论文信息:

MoS2 and Ti3C2 Ensembles into TiO2 for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution: Dual-Bonding Interactions and Capacitive Effect Trigger the Intrinsic Activity

Meng Dan, Junlian Li, Cheng Chen, Jianglai Xiang, Yunqian Zhong, Fan Wu, Zepan Wang, Zhao-Qing Liu*, Ying Zhou*

Energy Technology

DIO: 10.1002/ente.202100188

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ente.202100188