設計和開發(fā)用于太陽能轉化為化學能的可見光響應材料是實現(xiàn)碳中和的一種有效且有前景的方法。

基于此，上海理工大學李貴生教授和范金辰教授、上海電力大學閔宇霖教授（共同通訊作者）等人報道了一種原位水熱生長策略，將Mo修飾的ZnIn₂S₄（Mo-ZIS）納米片與NiTiO₃（NTO）結合，合成了具有增強界面電場（IEF）效應和典型S-型異質結的多功能Mo修飾ZIS包覆NTO微棒（Mo-ZIS@NTO）光催化劑。

所制備的Mo_1.4-ZIS@NTO催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，H₂析出速率高達14.06 mmol g^?1 h^?1，在420 nm處的表觀量子效率為44.1%。

通過模擬計算，得到了Mo-ZIS@NTO催化劑的電子性能。ZIS和Mo-ZIS的最大價帶（VBM）值主要由單個S-3p軌道貢獻，而導帶最小值（CBM）均來自In-5s和S-3p軌道。

相比之下，Mo-ZIS的投射態(tài)密度（PDOS）的主要特征是在費米能級附近出現(xiàn)Mo 4d-S 3p鍵共振并形成雜化。雜交可以在Mo-ZIS中產生一些超出費米能級的狀態(tài)，并作為電子受體抑制e^?-h ⁺對的重組。

吉布斯自由能（ΔG_H*）是衡量PHE活性的主要指標，當ΔG_H*接近于零時，性能最佳。

表面催化制氫反應主要有兩個步驟：

（1）活性位點（*）吸附質子并與電子結合形成活性中間體（H*）（H⁺ + e^? + *→H*）；

（2）質子快速解吸促進H₂分子析出（2H*→H₂ + 2*）。ZIS的ΔG_H*值為-0.202 eV，表明質子的強吸附不利于中間產物H*的釋放，而Mo-ZIS和Mo-ZIS@NTO催化劑的ΔG_H*值分別下降至-0.176和-0.127 eV。

因此，Mo-ZIS@NTO中IEF的增強誘導了電荷的重新分布，使得H₂更容易形成和析出。

Mo-Modified ZnIn₂S₄@NiTiO₃ S-Scheme Heterojunction with Enhanced Interfacial Electric Field for Efficient Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213131.

https://doi.org/10.1002/adfm.202213131.