近日，我院苏耀荣教授团队在国际著名学术期刊《Chinese Journal of Catalysis》（中科院一区，影响因子17.7）上发表题为“Enhancing photocatalytic H2evolution by weakening S-Hadbonds via Co-induced asymmetric electron distribution in NiCoS cocatalysts”的最新研究论文。新材料与新能源学院为唯一通讯单位，钟威助理教授、孟爱云副教授和21级材料科学与工程专业本科生蔡旭东为论文共同第一作者，苏耀荣教授为论文通讯作者。
太阳能驱动的半导体光催化制氢技术可直接将太阳能转化为氢能，被认为是极具发展潜力的氢能制取途径之一。发展高效、低成本的光催化析氢助剂能实现显著提升的光催化制氢活性，可进一步推动光催化制氢技术的实际应用。过渡金属硫化物类助剂具有原料丰富、性质稳定和催化活性好的优点，是极具发展价值的光催化析氢助催化剂。然而，传统过渡金属硫化物（如NiS）助催化剂中，硫（S）活性位点与析氢中间体（Had）之间存在过强的S-Had键，严重阻碍了氢分子的脱附过程，使得其助催化析氢效率低。因此，通过调控S原子的电子结构来改善界面反应过程，是突破其性能瓶颈的重要研究方向。
本研究提出通过Co原子掺杂打破NiS的对称电子结构，构建具有不对称电子分布的均相NiCoS助催化剂，成功优化了S位点的电子构型，实现了对S-Had键强度的有效调控，为设计非贵金属助催化剂提供了新思路。本论文首先通过一步光沉积法，在TiO2表面成功修饰了均相、无定形的NiCoS纳米颗粒。理论计算与XPS结果表明，Co的引入诱导NiS结构中电荷密度重新分布，形成不对称的电子分布态，使得电子从Co原子向S原子转移，形成富电子的S(2+δ)-活性位点。富电子S(2+δ)-活性位点与析氢中间体Had相互作用时，其反键轨道占据态增加，有效弱化了S-Had键，使得氢吸附自由能（ΔGH*）更接近零，从而赋予NiCoS助剂更高的界面催化析氢效率。当Co原子与Ni原子比例为2:1时，NiCoS/TiO2(1:2)样品的光催化制氢速率是NiS/TiO2样品的2.1倍。同时，NiCoS/TiO2(1:2)光催化剂展现出良好的光催化循环稳定性。
图1.Co原子诱导不对称电荷分布增强NiCoS助催化剂光催化制氢效率的机理图
本研究揭示了“不对称电子分布→富电子S位点→反键轨道占据态→S-Had键键强→界面催化析氢反应”的催化作用机制，为构建用于太阳能-氢能转换技术的高效光催化材料提供了重要的技术参考和理论支撑。
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/S1872206725647474?via%3Dihub
