近日，我院苏耀荣教授团队在国际著名学术期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，影响因子13.2）上发表题为“Ag-orientedp-orbital electron modulation of active S atoms in core-shell Ag@MoS2cocatalyst for efficient photocatalytic H2production”的最新研究论文。新材料与新能源学院为唯一通讯单位，钟威副研究员、孟爱云副教授和在读硕士王敬涛为论文共同第一作者，苏耀荣教授为唯一通讯作者。
太阳能驱动的半导体光催化制氢技术能将水分解为清洁氢能源，是应对环境污染和能源短缺两大挑战的重要途经。为提高半导体材料的光催化制氢效率，发展高效析氢助催化剂仍然是目前的研究热点。MoS2材料具有高的电荷迁移率和优越的光电化学性能等优点，作为光催化析氢助剂有广阔的发展前景。然而，传统MoS2材料中析氢活性硫原子的催化效率低，导致缓慢的界面水分解制氢动力学，使得MoS2助剂对半导体材料的光催化制氢活性提升十分有限。
针对上述问题，苏耀荣教授团队开发了前驱体定向吸附耦合光电子还原策略在TiO2半导体材料表面合成了核壳Ag@MoS2纳米颗粒，利用Ag核与MoS2壳之间的功函数差异，优化MoS2壳中活性硫原子的p轨道电子结构，从而实现高的光催化制氢效率。通过实验表征结合理论计算证实：Ag诱导界面自由电子从Ag核转移至MoS2壳，增加了硫原子的电荷密度，形成了富电子活性硫位点（S(2+δ)⁻）。在光催化制氢过程中，活性硫S(2+δ)⁻位点与产氢中间体（Had）之间的反键轨道占据态增加，弱化了S-Had键键强，提高了界面水分解制氢动力学速率。此外，飞秒瞬态吸收光谱证明了核壳Ag@MoS2纳米颗粒还能够快速捕获光生电子，提高光生电荷的分离效率。所得TiO2/Ag@MoS2复合材料的光催化制氢速率最高可达1035.3 μmol h-1g-1，较TiO2/MoS2材料提高了2.1倍。
本研究阐明了活性位点电子结构在调控界面催化反应速率中的关键作用，同时提出了基于功函数差异优化催化位点p轨道结构来提高界面析氢反应动力学的有效方法，为太阳能-氢能转换技术的发展提供了重要的技术参考和理论支撑。
图1核壳Ag@MoS2助剂中功函数差异优化活性硫原子析氢效率原理图
图2核壳Ag@MoS2助剂捕获光生电子提高光生电荷分离效率的机理
本工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科创委、深圳市超金刚石与功能晶体应用技术重点实验室、污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室的支持。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725057572?dgcid=coauthor
