Nano Res.│雷党愿课题组：过渡金属硫族化合物异质结的可见光驱动光催化活性调控：维度和界面工程
背景介绍
光催化材料在能源转换和环境净化领域具有重要的应用前景。与不可再生的化石燃料相比,氢能具有易于储存、环境友好、含能量高等优点，被认为是一种理想的新能源。实现高效光催化全解水产氢，将太阳能转化为化学能是备受关注的科学前沿之一。目前传统的光催化剂材料仍然面临着光吸收范围窄、光生载流子的氧化还原势不足、电子-空穴对复合严重等问题。
成果简介
除了材料的组分和原子排布外，材料的理化性质还受其维度的影响。二维过渡金属硫属化合物不仅具有低维纳米材料的共同特性，比如高比表面积、高催化活性等，而且具有带隙适中(如2H相)、表面态敏感、易于改性和功能化等优点；其超薄的平面结构与其它低维纳米材料复合，能形成具有可见光活性的多种异质结，实现在光催化性能上的协同效应。香港城市大学雷党愿等梳理了二维过渡金属硫属化合物的发现、发展和在光催化领域的应用优势，从材料维度和界面工程的角度总结了用于提高二维过渡金属硫属化合物的光催化活性的策略，并以大量实例重点阐述了具有可见光活性的二维过渡金属硫属化合物基复合异质结在光催化水裂解领域的应用，特别是制备手段、二维过渡金属硫属化合物所扮演的角色、光活性提高的机理和机制。总体而言，基于二维过渡金属硫属化合物的混合异质结用于可见光下水裂解反应的研究仍处于初始发展阶段，面临着诸多挑战，比如材料的可控制备、材料的表面和界面特性的理性调控、双功能催化剂的开发。在未来一定的时期内，以单原子、范德华异质结或超晶格为代表的二维过渡金属硫属化合物基复合异质结仍有巨大的发展空间，值得进一步深入探索。利用原位表征手段理解材料的表面或界面的反应过程以及借助理论计算做好材料的前期调查筛选工作，将成为上述光催化剂材料在迈上实用化道路上的又一神兵利器。本综述总结的策略和方法将为理性设计高效、稳定、低成本的光催化剂提供颇具价值的借鉴。
作者简介
甘小荣博士为论文第一作者，雷党愿副教授为通讯作者。雷党愿副教授课题组的主要研究方向是等离激元光学纳腔中的非线性光学和量子现象以及利用光学纳腔调控低维材料体系的光学性质，同时关注光学纳腔增强的光与物质相互作用在能量收集与转化、生物化学传感和生物医学成像方面的应用；利用自上而下的微纳加工手段和自下而上的湿化学合成方法制备金属和半导体的低维杂化材料系统以及纳米光子学器件，同时利用多种线性与非线性、近场与远场、时间分辨和超快光谱技术研究这些低维材料体系的新颖光学性质和和器件性能。从2007年开始共发表学术论文135篇，其中40多篇文章影响因子大于10，包括Nature Communications, Light Science & Applications, Physical Review Letters, Joule, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters and ACS Nano等，总引用率4870多次，H-index为42，两篇文章分别入选英国皇家化学会期刊Journal of Materials Chemistry C “Emerging Investigators themed issue (2016) 和英国物理学会期刊 Journal of Optics “Emerging Leaders” edition (2017)。曾获得伦敦帝国理工学院的Deputy Rector Award (2008-2011) 和 Anne Thorne PhD Thesis Prize (2012)，香港研究资助局的Early Career Grants Award (2013), 深圳市科技创新委员会“国家级科技项目先进个人”(2013 & 2014)，英国皇家学会International Exchange Award (2016), 悉尼科技大学的Key Technology Partner Visiting Fellowship (2017)。雷博士目前是美国光学学会高级会员，国际光电工程学会和英国物理学会会员，同时担任《光：科学与应用》杂志香港办公室负责人，以及香港物理学会理事会成员。
课题组网址：http://personal.cityu.edu.hk/dangylei/index.html
文章信息
Xiaorong Gan, Dangyuan Lei*, Ruquan Ye, Huimin Zhao & Kwok-Yin Wong. Transition metal dichalcogenide-based mixed-dimensional heterostructures for visible-light-driven photocatalysis: Dimensionality and interface engineering. Nano Research 2020, https://doi.org/10.1007/s12274-020-2955-x.
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