秦祖赠/苏通明Adv. Sci.: S空位和Ti3C2Tx协同促进2D/2D Ti3C2Tx/ZnIn2S4光催化产氢

光催化分解水可以将太阳能直接转化为清洁的、高能量密度的氢气，其被认为是解决全球能源短缺和环境污染问题的重要途径之一。然而，由于电子结构、形貌、能带结构和表面化学状态的限制，开发具有优异光催化分解水效率的半导体仍然是一个挑战。

近日，广西大学秦祖赠、苏通明等通过静电自组装策略将超薄ZnIn₂S₄与少层Ti₃C₂T_x耦合，合理设计了超薄2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄异质结构，该催化剂能够高效光催化水分解产氢。

2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄异质结构具有更大的接触面积和强电子相互作用以促进界面处的电荷载流子转移，并且充当电子陷阱的ZnIn₂S₄上的硫空位进一步增强了光生电子和空穴的分离。

因此，最佳的2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄复合材料具有148.4 µmol h^-1的高光催化析氢速率，分别是ZnIn₂S₄纳米片和花状ZnIn₂S₄的3.6倍和9.2倍，并且其在400 nm处的AQE达到了28.61%。此外，ZnIn₂S₄与少层Ti₃C₂T_x偶联后的稳定性也显着提高。

实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，硫空位和Ti₃C₂T_x助催化剂的协同作用可以极大地促进电子从ZnIn₂S₄到Ti₃C₂T_x的转移以及光生载流子的分离，从而增强光催化水分解析氢。

该工作揭示了2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄复合材料增强光催化性能的内在原理，为构建具有二维/二维异质结构的高效光催化剂提供了新途径。

Sulfur Vacancy and Ti₃C₂T_x Cocatalyst Synergistically Boosting Interfacial Charge Transfer in 2D/2D Ti₃C₂T_x/ZnIn₂S₄ Heterostructure for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution. Advanced Science，2021. DOI: 10.1002/advs.202103715

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