化材学院郭长发副教授在ACSCatalysis上发表研究成果

来源：浙江师范大学时间：2025-02-21 02:20:18

近日，化材学院郭长发副教授在国际知名学术期刊ACS Catalysis在线发表研究论文“Modulation of Schottky Barrier Height and Electronic Structure in Transition-Metal@Nitrogen-Doped-Carbon Core−Shell Cocatalysts Loaded with MnxCd1−xS Nanorods for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution”（原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c06476）。该刊物是催化化学领域最具影响力的刊物之一，为中科院分区一区期刊，最新影响因子为11.3。浙江师范大学为第一通讯单位，郭长发副教授为第一通讯作者，化学与材料科学学院2022级硕士研究生李玉凤为第一作者。

肖特基势垒是解释半导体–金属结光催化材料光生载流子分离效率的主要依据，但肖特基势垒高度的影响一直存在争议。引起争议的主要原因是，先前研究中对比样品较少（通常是一个），难以揭示光催化活性随肖特基势垒高度变化的一般规律。针对这一问题，该研究选取三种功函数（F）较大的过渡金属（TM, TM=Ni, Co, Cu）与氮掺杂碳（NC）复合，形成TM@NC核壳结构助催化剂，而后利用静电自组装方法将其负载到MnxCd1−xS纳米棒表面，形成肖特基结用于光催化水分解析氢反应（HER）。研究发现，TM团簇负载到NC上后，NC的电子结构得到优化，有利于HER过程。所有TM@NC的F与Pt相近，而TM@NC与MnxCd1−xS之间的肖特基势垒高度取决于具体的金属，这对光照下协调两种组分之间的正向和逆向电子流动至关重要。有趣的是，样品的光催化HER活性和光电流密度都随肖特基势垒高度增加呈现火山型，其中Ni@NC/MnxCd1−xS性能最佳，表明合适的肖特基势垒高度有利于获得最高的载流子分离效率。一系列（原位）光电化学测试表明，不同TM@NC本征电催化活性差异可忽略不计，进一步证实肖特基势垒高度依赖的载流子分离效率及HER活性。所有的TM@NC均表现出与Pt相媲美的助催化活性，其中Ni@NC和Co@NC优于Pt。

浙师大纳米催化与能源转化团队围绕着能源光催化领域取得一系列研究成果（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202205839; ACS Catal. 2024, 14, 10204–10213(Cover paper); Appl. Catal. B: Environ. Energy 2024, 345, 123705; Adv. Powder Mater. 2024, 3, 100170; Coord. Chem. Rev. 2024, 521, 216177）。这项工作是继上述研究工作基础之上，在光催化水分解制氢方面取得的又一重要进展。