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?河南理工/武理/清華ACS Nano: 二維MoB MBene作助催化劑，促進(jìn)可見(jiàn)光下光催化制氫

以半導(dǎo)體為催化劑的光催化水分解反應(yīng)被認(rèn)為是一種綠色和可持續(xù)的產(chǎn)氫的方法。在過(guò)去的幾十年中，許多高活性、低成本和穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料(如g-C₃N₄、硫化物、氧化物等)已被證實(shí)是優(yōu)秀的光催化劑候選材料。然而，由于光生電子-空穴對(duì)的快速?gòu)?fù)合，進(jìn)一步提高光催化劑的性能仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為建立二元或更多體系而引入的共催化劑已被證明在顯著改善半導(dǎo)體的部分性質(zhì)方面取得了巨大的成功，其能夠有效提高光催化劑的活性和穩(wěn)定性。目前常用的Pt作為一種高效的產(chǎn)H₂助催化劑價(jià)格高而且極其稀缺，因此研究廉價(jià)和高活性的助催化劑對(duì)于光催化產(chǎn)氫的工業(yè)化和商業(yè)化具有重要意義。

MBene是通過(guò)從前體MAB相選擇性蝕刻A元素而獲得的(M是前期過(guò)渡金屬，A是A族元素，B代表硼元素)一種二維(2D)過(guò)渡金屬硼化物。在各種MBenes中，由于Mo中心具有較好的催化活性，近年來(lái)MoB MBene的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。

基于此，河南理工大學(xué)周愛(ài)國(guó)、武漢理工大學(xué)李能、清華大學(xué)劉鍇和Jin Sen等采用水熱腐蝕的策略合成了高純度的二維MoAlB，隨后通過(guò)靜電相互作用構(gòu)建CdS/MoB MBene光催化劑，并研究了MoB MBene在可見(jiàn)光下光催化H₂產(chǎn)生的助催化作用。

值得注意的是，為了暴露更多的活性中心，研究人員首先合成了具有手風(fēng)琴狀層狀結(jié)構(gòu)的MoB-MBene，將其進(jìn)行超聲粉碎，得到了超薄的2D MoB MBene納米片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CdS/MoB MBene表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性，產(chǎn)氫速率為16892μmol g^-1 h^-1，并且在四個(gè)循環(huán)反應(yīng)后仍保持良好的活性。

理論計(jì)算和計(jì)算的功函數(shù)表明，在CdS和MoB MBene之間形成的肖特基勢(shì)壘可以被視為一個(gè)電子吸收器，可以有效地捕獲CdS中的光生電子，并抑制電子向CdS的擴(kuò)散，促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的有效分離。此外，CdS/MoB MBene具有理想的氫原子吸附能，其加速了光催化產(chǎn)氫的動(dòng)力學(xué)，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料的活性。

綜上，這項(xiàng)工作提供了一個(gè)制備高純度2D MoB MBene納米片的簡(jiǎn)單策略，并且展示了這種2D材料作為助催化劑在未來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的高效率、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的光催化H₂生產(chǎn)方面的巨大潛力。

2D MoB MBene: an efficient Co-catalyst for photocatalytic hydrogen production under visible light. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c02642

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