研究目的
通过用少层1T-MoS2和ZnCoS固溶体结构改性低成本金属硫化物半导体,开发一种具有改进光捕获和电荷转移性能的新型光催化剂,以提高太阳能制氢效率。
研究成果
这种新型少层1T-MoS2修饰的ZnCoS固溶体中空十二面体催化剂因具有增强的光吸收能力、改善的电荷转移效率和丰富的活性位点,展现出显著提升的光催化产氢性能。该催化剂在420纳米波长下实现了15.47毫摩尔/小时/克的高产氢速率及30.3%的量子效率,并在35小时内保持优异的稳定性。本研究展示了一种稳定金属态1T-MoS2和构建固溶体结构的简便方法,为可持续制氢提供了有望替代贵金属助催化剂的方案。
研究不足
该合成过程需要精确控制条件以稳定金属相1T-MoS2,该相态可能对环境因素敏感。使用三乙胺(TEA)等牺牲剂和伊红Y(EY)光敏剂可能无法满足大规模应用的可持续性要求。中空结构的小腔体可能限制光的穿透深度,且催化剂在自然阳光或长期工业条件下的性能尚未充分评估。金属硫化物的潜在光腐蚀可能影响其长期稳定性。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用两步合成路线,先通过双金属ZnCo-ZIFs热解形成氧化物,再经Na?MoO?和CH?CSNH?水热硫化同步生成ZnCoS固溶体并负载少层1T-MoS?。该设计利用MOF模板实现结构调控,并通过硫共享实现相稳定。
2:样品选择与数据来源:
ZnxCo???-ZIFs(x=1,0.9,0.7,0.5,0.3,0.1,0)采用溶剂热法,以Zn(CH?COO)?、Co(CH?COO)?和2-甲基咪唑在甲醇中合成。衍生材料及复合材料的制备具有不同组分及0.5-5%的MoS?负载量。
3:9,7,5,3,1,0)采用溶剂热法,以Zn(CH?COO)?、Co(CH?COO)?和2-甲基咪唑在甲醇中合成。衍生材料及复合材料的制备具有不同组分及5-5%的MoS?负载量。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:化学试剂包括Zn(CH?COO)?、Co(CH?COO)?、2-甲基咪唑、Na?MoO?·2H?O、CH?CSNH?、甲醇、去离子水、乙醇、三乙胺(TEA)、伊红Y(EY)、乙腈。设备包含离心机、高压釜、烘箱、XRD(Bruker D8 ADVANCE)、SEM(ZEISS MERLIN)、TEM(JEOL JEM-2100F)、XPS(Thermo ESCALAB 250XI)、BET分析仪(Micromeritics ASAP 2020M)、AAS(HITACHI Z-2300)、ICP-AES、紫外-可见漫反射光谱仪(HITACHI U-3010)、PL光谱仪(HITACHI F-7000)、拉曼光谱仪(HORIBA Jobin Yvon LabRAM Aramis)、气相色谱仪(TECHCOMP GC 7900)、电化学系统(CHI 760E)、氙灯(Perfect Light Microsolar300)。
4:0)、ICP-AES、紫外-可见漫反射光谱仪(HITACHI U-3010)、PL光谱仪(HITACHI F-7000)、拉曼光谱仪(HORIBA Jobin Yvon LabRAM Aramis)、气相色谱仪(TECHCOMP GC 7900)、电化学系统(CHI 760E)、氙灯(Perfect Light Microsolar300)。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:合成过程包括:a) 将金属醋酸盐与2-甲基咪唑在甲醇中混合、搅拌并干燥制备ZnxCo???-ZIFs;b) 350°C空气氛围热解形成氧化物;c) 180°C水热硫化Na?MoO?和CH?CSNH?形成复合材料。光催化测试在Pyrex反应池中进行,包含催化剂、EY、TEA、水和乙腈,脱气后用氙灯照射,氢气由气相色谱定量。
5:数据分析方法:
XRD用于物相鉴定,SEM/TEM观察形貌,XPS分析元素价态,BET测定比表面积,UV-Vis DRS研究光学性质,PL检测电荷复合,EIS测量电荷转移电阻,Mott-Schottky分析能带结构,GC定量氢气。数据通过仪器专用软件及标准校准方法处理。
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Record powder X-ray diffraction patterns for phase identification of samples.
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Investigate surface morphology of materials, equipped with energy dispersive X-ray spectrometer.
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