在基于钛的金属有机框架（MOF）上原位生长ZnIn2S4纳米片，形成核壳异质结构，以增强光催化产氢性能

《Science China-Materials》：In-situ growth of ZnIn2S4 nanosheets on a Ti-based MOF to form a core-shell heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen evolution

光催化产氢效率提升策略及异质结材料设计研究。通过构建Ti-MOF（FIR-125）与ZnIn2S4纳米片的异质结，优化载流子分离与光吸收协同效应，实现3789.45 μmol g?1 h?1的高效产氢，较单组分提升264倍。材料兼具优异循环稳定性（5次循环）和长时运行耐久性（16小时）。

　　

摘要

从纯水中通过光催化方法产生氢气（Photocatalytic hydrogen evolution, HER）是一种应对能源可持续性和环境修复领域关键挑战的有前景策略。然而，使用单一组分的光催化剂进行HER反应时，由于载流子分离效率低下和光稳定性较差，其性能受到 inherent 的限制。通过在两种组分之间形成丰富的界面可以有效解决这些问题。本文通过原位（in situ）方法在基于钛的金属有机框架（Ti-based metal-organic framework, FIR-125）上生长ZnIn₂S₄（ZIS）纳米片，合理构建了一系列分层结构的核壳异质结光催化剂（命名为F@Z-X），这些催化剂展现了出色的结构稳定性。由于具有丰富的接触界面和匹配良好的能带结构，F@Z-X系列的光催化性能得到了显著提升。其中，优化后的异质结F@Z-0.25的光催化产氢速率达到了3789.45 μmol g^?1 h^?1，这一数值分别是原始ZIS（859.57 μmol g^?1 h^?1）和FIR-125（15.32 μmol g^?1 h^?1）的4.4倍和264.4倍。此外，该光催化剂还表现出优异的可重复使用性和耐久性，在连续五个循环及十六小时的反应过程中仍能保持其性能。F@Z-0.25的卓越性能归因于三个基本光催化过程的完美平衡：足够的光吸收能力、高效的载流子分离效果以及适宜的表面反应条件。这项工作为新型异质结光催化剂的高效设计及可控合成提供了宝贵的理论依据。