近日，材料学院李镇江泰山学者团队在光催化分解水制氢领域取得新进展。相关成果以“Modulating electronic structure and sulfur p-band center by anchoring amorphous Ni@NiSxon crystalline CdS for expediting photocatalytic H2evolution”为题发表在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environmental（中科院一区TOP期刊，影响因子22.1）。
光催化分解水可以将太阳能转化为可储存的氢气，有望使人类摆脱对化石燃料的依赖。硫化镉（CdS）由于具有良好的可见光响应和合适的带隙，被认为是一类极具应用潜力的光解水制氢催化剂。然而，单一CdS由于受限的载流子分离动力学以及迟缓的界面析氢动力学，其光催化制氢性能并不令人满意。助催化剂修饰可显著增强CdS的制氢活性，这是因为助催化剂可提供丰富的析氢活性位点。根据Sabatier原理，理想的活性位点对中间物H*吸附力既不能太强也不能太弱。遗憾的是，目前开发的助催化剂，特别是非贵金属助催化剂，由于其不合适的电子结构，导致活性位点对H*的吸附过强或者过弱，严重限制了助催化剂的析氢活性。因此，优化活性位点与H*的键能是提高光催化剂析氢效率的关键。
鉴于此，材料学院李镇江教授团队制备了一种非晶型的Ni@NiSx助催化剂，并通过部分还原策略将其组装到CdS上形成非晶-晶体Ni@NiSx-CdS复合光催化剂，并提出活性位点富集和活性位点电子结构调控的有效耦合策略，进而大大提高了CdS的光催化析氢性能。
光催化实验表明最优的Ni@NiSx-CdS光催化剂表现出优异的分解水制氢性能，其产氢速率达到78.7 mmol·g−1·h−1，且经长时间连续多次重复使用后仍保持良好的活性。理论计算证明Ni@NiSx-CdS中的Ni团簇、NiSx和CdS之间具有紧密的异质界面，有利于界面间的电荷传输。此外，Ni团簇的嵌入使得三者间存在梯度功函数的变化，为电子在界面间的流动提供驱动力，进而诱导活性硫位点p带中心下移，优化了活性硫位点与中间体H*之间的相互作用，降低H*吉布斯自由能(ΔGH*)。
材料学院2021级博士研究生张新磊为第一作者，李镇江教授及孟阿兰教授为共同通讯作者，天游ty8线路检测中心登录为唯一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金、泰山学者计划及山东省自然科学基金重大基础等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123398。
该团队长期致力于光催化分解水制氢相关方面的研究工作，近期的其它相关成果分别发表在ACS Catalysis (2023,13, 1020-1032), Chemical Engineering Journal (2022,431, 134000;2022,445, 136785), Journal of Colloid and Interface Science (2023,642, 669-679)等国际期刊上。
