我校物質(zhì)學(xué)院寧志軍助理教授所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)最近在寬光譜光催化產(chǎn)氫材料研發(fā)方面取得新進(jìn)展，研發(fā)出一種高效率、寬光譜、低毒的光催化產(chǎn)氫材料，成果以“0D–2D Quantum Dot: Metal Dichalcogenide Nanocomposite Photocatalyst Achieves Efficient Hydrogen Generation”為題，發(fā)表在材料學(xué)期刊《Advanced Materials》上。

光催化制氫為解決能源與環(huán)境問(wèn)題提供了一種有效途徑，提高光催化體系在可見(jiàn)光區(qū)的吸光能力和催化產(chǎn)氫效率是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。但是，如何在提高材料本身吸光能力的同時(shí)，保持較高的光生載流子分離與利用效率，是相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作的難點(diǎn)。近年來(lái)，零維量子點(diǎn)由于其優(yōu)良的光吸收能力和產(chǎn)氫效率，在光催化領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。寧志軍課題組合成了一種Zn-Ag-In-S零維量子點(diǎn)，該量子點(diǎn)以谷胱甘肽分子作為表面配體，結(jié)合對(duì)陽(yáng)離子組成進(jìn)行的調(diào)控，有效降低了量子點(diǎn)的缺陷濃度。通過(guò)量子點(diǎn)表面的配體交換，該研究團(tuán)隊(duì)證明，降低缺陷濃度可以有效提高量子點(diǎn)的穩(wěn)定性及其光催化效率。區(qū)別于“缺陷有利于提高光催化效率”的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)，該項(xiàng)研究表明，對(duì)寬光譜的光催化體系來(lái)說(shuō)，減少缺陷才是提高光催化效率的關(guān)鍵，這為寬光譜光催化體系的開(kāi)發(fā)提供了一條新的思路。

該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備了一種量子點(diǎn)—二維MoS₂復(fù)合材料，并實(shí)現(xiàn)了光生載流子從量子點(diǎn)到MoS₂的有效傳遞，結(jié)合MoS₂優(yōu)異的催化性能，進(jìn)一步提高了光催化產(chǎn)氫效率，在模擬太陽(yáng)光下的條件下，產(chǎn)氫速率達(dá)到了40.1mmol·h^-1·g^-1，這一性能在無(wú)鎘低毒光催化產(chǎn)氫體系中處于領(lǐng)先水平。該項(xiàng)工作表明，整合不同維度納米材料構(gòu)建復(fù)合材料，可以有效結(jié)合不同材料的優(yōu)勢(shì)，提高光催化體系的性能，為新型納米材料的制備及其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的途徑。

該研究論文第一作者劉曉院是上科大與華東理工大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的研究生，共同第一作者陳昊是上科大2014級(jí)研究生，寧志軍助理教授和華東理工大學(xué)龍億濤教授是共同通訊作者，上科大是第一單位。中科院高等研究院低碳中心（上科大—高研院低碳能源聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室）孫予罕研究員、李小鵬副研究員參與了該項(xiàng)目，上海同步輻射光源、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也為該項(xiàng)目提供了協(xié)助。該項(xiàng)目得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上科大科研啟動(dòng)基金與國(guó)家自然科學(xué)基金“創(chuàng)新研究群體”項(xiàng)目的支持。

文章鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201605646/full

(a)基于零維—二維納米復(fù)合材料的光催化制氫示意圖；(b)量子點(diǎn)在配體交換前后的光催化制氫性能；(c)零維量子點(diǎn)—二維MoS₂體系光催化制氫速率與二維材料含量關(guān)系圖。