北方民族大学郝旭强课题组论文：NiS2/MoSe2构建S型异质结的产氢性能研究

第一作者：刘阳

通讯作者：靳治良，郝旭强

通讯单位：北方民族大学

注：此论文是“先进光催化剂设计与制备”专刊邀请稿，客座编辑：武汉理工大学余家国教授、厦门大学马来西亚分校王伟俊教授、华南农业大学李鑫研究员、武汉理工大学张留洋副研究员

引用信息

刘阳, 郝旭强, 胡海强, 靳治良. 构建NiS₂/MoSe₂ S型异质结高效光催化产氢. 物理化学学报, 2021, 37 (6), 2008030.

doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030

Yang Liu, Xuqiang Hao, Haiqiang Hu, Zhiliang Jin. High Efficiency Electron Transfer Realized over NiS₂/MoSe₂ S-Scheme Heterojunction in Photocatalytic Hydrogen Evolution. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (6), 2008030.

doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030

主要亮点

S型异质结的建立有助于提高反应体系的氧化还原能力。本研究利用溶剂热法制备了NiS₂、MoSe₂和NiS₂/MoSe₂复合物，系统地研究了由NiS₂和MoSe₂构筑的S型异质结的光学、电学性能及光催化产氢性能。基于S型异质结的复合催化剂NiS₂/MoSe₂的产氢活性分别达纯NiS₂和MoSe₂产氢活性的2.05倍和2.44倍。高效的电子-空穴分离效率和快速的电子转移是提高光催化析氢反应效率的主要原因。

研究背景：意义、现状

在S型异质结中，电子和空穴被保留在高导带和低价带，而无意义的光生载流子被重新结合，从而获得较强的氧化还原电位，促进氧化还原反应的进行。该研究为构建窄带隙半导体S型异质直接应用于光催化析氢系统提供了一种新的策略。

核心内容

NiS₂/MoSe₂复合材料在光照时的电荷转移机制如图所示。EY分子吸附在催化剂表面，形成单重激发态EY^1*吸收光子，随后，通过系间跃迁（ISC）形成EY^3*。EY^3*被TEOA还原淬灭生成了氧化态的TEOA⁺和EY^-●。EY^-●不稳定，会将电子转移到NiS₂和MoSe₂的导带上，并且，还原态染料分子回到基态。与此同时，NiS₂和MoSe₂接触后，产生内建电场和能带弯曲。在光照下，NiS₂和MoSe₂的电子被激发从价带跃迁至导带。由于内建电场的作用，MoSe₂导带上的电子更加倾向于与NiS₂价带上的空穴结合。从而，拥有更大电势差的NiS₂通过与H⁺结合生成H₂，同时MoSe₂上的空穴被TEOA消耗。此过程不仅加快了电子与空穴的分离效率，而且有效地抑制了电子-空穴的重组，从而形成高效的析氢机制。

结论与展望

本研究构建了一种新型的用于光催化分解水产氢体系的NiS₂/MoSe₂ S型异质结。S型异质结在氧化还原反应中产生较大的电位差，有利于电子和空穴的有效分离和氧化还原反应的进行。同时，EY不仅作为光敏剂增强光吸收效率，还提供了电子转移给NiS₂和MoSe₂，促进H⁺的还原生成H₂。这项工作为研究S型异质结对光催化产氢效率的影响提供了新的参考。

☎作者介绍

 靳 治 良 

男，1966年9月出生，甘肃静宁人。研究员，正高职高级工程师，国家民委领军人才，国家民委“清洁能源与绿色化工创新团队”带头人。现担任北方民族大学学术委员会 副主任；宁夏太阳能化学转化技术重点实验室 主任；国家民委化工技术基础重点实验室 主任；中国能源学会新能源专家委员会 专家委员；中国化工教育协会 理事。主持并完成科研项目25项，发表研究论文200余篇，其中SCI收录160余篇，ESI高被引6篇，参编学术专著2部，副主编教材2部，授权专利5件。

相关拓展

原文链接（点击左下角“阅读原文”即可访问）：

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB202008030