异质结光催化剂制备：探究碳纳米纤维在分级WO3/MoSe2复合材料中增强光催化产氢作用的关键机制

摘要： 通过模拟自然光合作用系统，人工光催化技术能有效利用太阳能以实现环境可持续性和氢能生产。本研究采用简便的水热与溶剂热法，成功将性能优异的碳纤维引入WO3纳米点与MoSe2纳米针的界面层。异质光催化剂间适宜的界面接触对光生电子-空穴对的分离/转移及异质结形成具有重要作用——更大的接触面积可提升界面电荷转移速率，这似乎是增强光催化性能的有效途径。共催化剂的加入使制备的WO3纳米点相结构从单斜晶系转变为六方晶系。实验结果表明，碳纤维通过三重功能机制显著提升了MoSe2纳米结构的光催化活性：其不仅作为活性助催化剂，更以导电电子桥梁（而非普通助催化剂）的形式富集电子，促进WO3光催化剂表面的析氢动力学过程。值得注意的是，WO3-1%MoSe2-1.5%碳纤维与WO3-1%MoSe2纳米复合材料的析氢速率分别达到438.7和356.2 mmol/g·h，较纯MoSe2分别提高7.6倍和6.17倍。在可见光激发下，原子级界面结促进电子从纳米纤维快速转移至MoSe2，有效抑制WO3纳米点内的复合动力学并延长载流子寿命，从而释放更多具有高还原能力的活性电子用于析氢反应。本研究为结合MoSe2与三功能碳纳米纤维设计基于WO3的异质光催化剂提供了新视角和机理认知，对环境治理与能源采集应用具有重要价值。