第一作者：陈俊通讯作者：施岩 刘婧 李昱DOI:10.1016/j.jcis.2021.09.156
采用原位光沉积还原法，在等级结构ZnIn2S4纳米片表面原位沉积镍团簇，实现目前ZnIn2S4材料最高的光催化制氢性能。2021年9月，Journal of Colloid and Interface Science杂志在线发表了武汉理工大学李昱教授团队和辽宁石油化工大学施岩教授团队在光催化制氢领域的最新研究成果。该工作报道了通过在等级ZnIn2S4纳米花表面原位复合镍团簇以促进载流子迁移与分离，实现ZnIn2S4复合材料的高效可见光制氢。论文第一作者为：陈俊，论文共同通讯作者为：施岩教授，刘婧博士，李昱教授。利用太阳能实现光催化高效制氢是缓解环境污染和能源短缺最具潜力的策略之一。二维ZnIn2S4材料由于具有低毒性、优异的化学稳定性和可见光响应等特点而受到广泛关注。然而，光生载流子的快速复合严重抑制了它的光催化性能。促进光生载流子的分离和迁移依然是改善ZnIn2S4光催化制氢性能的首要问题。添加助催化剂是促进光生载流子分离和迁移最有效的方法之一。同时，助催化剂还能提供额外的反应活性位点并降低反应活化能。这些多重作用的耦合能极大地促进光催化反应，提升产氢性能。此外，相比传统的贵金属助催化剂，使用价格低廉的非贵金属镍为助催化剂更具有经济实用性。首先水热合成等级结构ZnIn2S4，然后在可见光照射下，镍离子在ZnIn2S4纳米片表面发生原位还原，形成尺寸极小的镍团簇。镍团簇的沉积不改变ZnIn2S4的形貌和晶型。尽管SEM和TEM下观测不到镍团簇，但STEM-EDX显示镍在Ni/ZnIn2S4纳米片表面均匀分布。对ZnIn2S4的带隙测试和计算表明，光照条件下ZnIn2S4的能带结构可将镍离子还原为镍团簇，而且镍团簇的沉积并不影响ZnIn2S4的光吸收。镍团簇复合后的Ni/ZnIn2S4的阻抗明显减小，说明镍团簇可以促进ZnIn2S4载流子的迁移。更重要的是，ZnIn2S4纳米片沉积镍团簇后表现出极高的光催化制氢性能和较高的稳定性。与其他已报道的负载助催化剂的ZnIn2S4材料相比，本工作制备的Ni/ZnIn2S4光催化材料具有最高的性能，说明Ni团簇是一种较理想的助催化剂。通过对比Ni/ZnIn2S4反应前后的XPS测试结果发现，ZnIn2S4纳米片沉积镍团簇后可促进ZnIn2S4纳米片对羟基的吸附，而羟基正是提高光催化性能的重要因素之一，这也是本工作合成的Ni/ZnIn2S4光催化制氢性能高的重要原因。此外，XPS测试结果也证实光照下镍离子在ZnIn2S4表面被光还原为镍单质。
本工作进一步采用了原位光致发光测试来说明光生载流子的迁移与分离。结果表明，沉积镍团簇后的Ni/ZnIn2S4具有更高的荧光响应信号，印证了沉积镍团簇可促使ZnIn2S4产生更多的光生载流子，从而极大地促进ZnIn2S4的可见光催化制氢。团队成功地通过原位光沉积还原法在等级结构ZnIn2S4纳米片上沉积镍团簇。镍团簇作为助催化剂，一方面能为ZnIn2S4提供更多的反应活性位点，从而产生更多的光生载流子；另一方面，可有效改善光生载流子的分离与迁移，使Ni/ZnIn2S4光催化制氢性能得到极大的提高。该研究工作提供了一种经济有效的方法，通过设计非贵金属作为助催化剂，实现高性能的光催化制氢。
施岩教授，辽宁石油化工大学教授，硕导，辽宁省有机过氧化物技术创新中心主任、辽宁省科技奖励评审专家、辽宁省高校创新人才。
研究领域：催化剂新型材料、有机过氧化物新材料、化工助剂研发、清洁燃料生产工艺。主持科技部国家重大专项子课题项目2项，中央引导地方科技发展专项1项，其他省部级项目6项。发表学术论文100余篇，授权专利10余项。2018年获辽宁省科技进步二等奖（2018年，第一完成人）。<<<<<<<
刘婧，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室实验师，硕导。
研究领域：三维等级孔结构、光子晶体材料及其在光催化领域的应用等研究，相关研究工作以第一及通讯作者发表SCI论文10余篇，如《 Advanced Materials》、《 Applied catalyst B:Environment》及《 Journal of Materials Chemistry A》等杂志；另外，作为参与作者在光催化、气敏、锂离子电池等方面也发表合作文章 40余篇；获得多项授权发明专利。承担国家青年基金、湖北省青年基金等，获湖北省自然科学一等奖一项（2019年，第五完成人）。<<<<<<<
李昱教授，武汉理工大学教授、博导，楚天学者特聘教授。
研究领域：仿生等级孔结构材料的设计、合成及能源存储与转换研究。发表SCI论文150余篇，国际国内期刊封面文章多篇，IF大于10的50余篇，他引9000次，H因子52，授权专利50余项，20余次在国际会议中做特邀报告并8次担任分会主席，8次作为组委会成员组织国际会议。承担国家重点研发计划，基金委重点专项等，获湖北省自然科学一等奖1项（2019年，第三完成人）。<<<<<<<文献信息：
Jun Chen, Si-Jia Wu, Wen-Jun Cui, et al. Nickel clusters accelerating hierarchical zinc indium sulfide nanoflowers for unprecedented visible-light hydrogen production. Journal of Colloid and Interface Science 2022, 608, 504-512.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.09.156
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本文素材来源：武汉理工大学大学李昱教授团队和辽宁石油化工大学施岩教授团队。