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?喬世璋&冉景潤(rùn)AEM：TiO2/FePS3 S-型異質(zhì)結(jié)助力光催化HER

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫氣（Solar-to-hydrogen, STH）被認(rèn)為是一種將可再生太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為無(wú)碳?xì)錃獾恼T人途徑。受貴金屬助劑效率低、成本高的限制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的STH轉(zhuǎn)化需要高性能、高性價(jià)比的光催化劑。

基于此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授和冉景潤(rùn)博士（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種由TiO₂納米顆粒（NPs）錨固的2D FePS₃（2D FPS NSs）納米片，形成TiO₂/FePS₃的S-型異質(zhì)結(jié)，具有較強(qiáng)的內(nèi)電場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了光催化析氫反應(yīng)（HER）測(cè)試。

所制備的TiO₂/FePS₃的H₂析出速率為99.5 μmol h^-1 g^-1，比單獨(dú)的TiO₂的H₂析出速率高約1686%。通過(guò)瞬態(tài)光致發(fā)光/表面光電壓譜、原位AFM-KPFM、原位X射線光電子能譜（XPS）和基于同步加速器的X射線吸收近邊緣結(jié)構(gòu)（XANES）等一系列表征研究了這一速率急劇增加的原因。

值得注意的是，在光激發(fā)下，原位AFM-KPFM對(duì)制備的TiO₂/FePS₃的光生電荷遷移路徑和表面電位變化進(jìn)行了可視化。

此外，原位XPS和理論計(jì)算揭示了TiO₂和FPS之間密切的電子相互作用。結(jié)果表明，TiO₂ NPs與新型2D FPS NSs耦合可形成基于n-p半導(dǎo)體體系的S-型異質(zhì)結(jié)，不僅極大促進(jìn)了電子-空穴分離/輸運(yùn)，而且還分別將具有較高氧化還原能力的電子和空穴保留在FPS導(dǎo)帶和TiO₂價(jià)帶上。

因此，TiO₂/FePS₃ S-型異質(zhì)結(jié)的光催化析氫速率顯著提高。該工作有助于設(shè)計(jì)和制備新型的基于2D材料的光催化S-型異質(zhì)結(jié)。

TiO₂/FePS₃ S-Scheme Heterojunction for Greatly Raised Photocatalytic Hydrogen Evolution. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202201449.

https://doi.org/10.1002/aenm.202201449.

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