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秦祖贈/蘇通明Adv. Sci.: S空位和Ti3C2Tx協同促進2D/2D Ti3C2Tx/ZnIn2S4光催化產氫

光催化分解水可以將太陽能直接轉化為清潔的、高能量密度的氫氣，其被認為是解決全球能源短缺和環境污染問題的重要途徑之一。然而，由于電子結構、形貌、能帶結構和表面化學狀態的限制，開發具有優異光催化分解水效率的半導體仍然是一個挑戰。

近日，廣西大學秦祖贈、蘇通明等通過靜電自組裝策略將超薄ZnIn₂S₄與少層Ti₃C₂T_x耦合，合理設計了超薄2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄異質結構，該催化劑能夠高效光催化水分解產氫。

2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄異質結構具有更大的接觸面積和強電子相互作用以促進界面處的電荷載流子轉移，并且充當電子陷阱的ZnIn₂S₄上的硫空位進一步增強了光生電子和空穴的分離。

因此，最佳的2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄復合材料具有148.4 μmol h^-1的高光催化析氫速率，分別是ZnIn₂S₄納米片和花狀ZnIn₂S₄的3.6倍和9.2倍，并且其在400 nm處的AQE達到了28.61%。此外，ZnIn₂S₄與少層Ti₃C₂T_x偶聯后的穩定性也顯著提高。

實驗和密度泛函理論(DFT)計算表明，硫空位和Ti₃C₂T_x助催化劑的協同作用可以極大地促進電子從ZnIn₂S₄到Ti₃C₂T_x的轉移以及光生載流子的分離，從而增強光催化水分解析氫。

該工作揭示了2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄復合材料增強光催化性能的內在原理，為構建具有二維/二維異質結構的高效光催化劑提供了新途徑。

Sulfur Vacancy and Ti₃C₂T_x Cocatalyst Synergistically Boosting Interfacial Charge Transfer in 2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄ Heterostructure for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution. Advanced Science，2021. DOI: 10.1002/advs.202103715

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