南京工业大学材料科学与工程学院陆春华

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利用太阳光催化分解水以生产氢气是解决全球能源危机的有效方法之一。但是，由于半导体光催化剂中光生载流子的快速复合和缺乏表面活性位点，大多数原始半导体光催化剂显示出相对较低的太阳能转化效率。为了解决这一问题，助催化剂通常沉积在半导体光催化剂的表面。因此，不仅可以防止电荷载流子的快速重组，也可以加速表面催化反应速率。作为众所周知的高性能助催化剂，贵金属铂的实际应用受到其稀缺性和高成本的限制。因此，迫切需要开发高活性和低成本的替代品作为非贵金属助催化剂应用于光催化水分解制氢。

        通过溶剂热法获得CdS/CoS2复合催化剂，再以次亚磷酸钠为P源通过气-固相掺杂的方法对CdS/CoS2进行阴离子杂化，获得改进的CdS/CoS2|P复合催化剂。从CoS2|P表面电子态离域性角度出发，运用理论计算和实验配合的方式，揭示了P在助催化剂表面修饰后对其催化性能的影响。
         南京工业大学陆春华教授团队联合昆士兰大学王连洲教授课题组开发了一种低成本和高活性的P修饰黄铁矿型CoS2作为助催化剂用于高效光催化水分解制氢。在本文中，提出了通过阴离子杂化的方法调节过渡金属硫化物电子离域特性的助催化剂改性新策略。通过气-固反应制备P改性的CdS/CoS2纳米晶体（CdS/CoS2|P），然后将其作为碱性条件下的太阳能制氢反应（HER）的复合催化剂。CdS/CoS2|P催化剂的HER速率为57.8 μmol•h-1，这是原始CdS的18倍，CdS/CoS2的8倍和Pt/CdS的2倍。通过密度泛函理论（DFT）计算了CoS2和CoS2|P助催化剂的电子结构并预测了活性的增强，同时解释了HER活性显著增强的原因在于P修饰后电子离域性增强带来的反应能垒的降低和逆向反应的抑制。本研究提出了基于电子离域性调制的新型助催化剂的设计策略，有望指导其他用于能量转化的先进催化剂的理性开发。
      文章信息：Hengming Huang, Chen Xue, Zhenggang Fang, Zhiliang Wang, Bin Luo, Menglong Sun, Ling Zhou, Kan Hu, Jiahui Kou*, Lianzhou Wang* & Chunhua Lu*. Bridging localized electron states of pyrite-type CoS2 cocatalyst for activated solar H2 evolution. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-021-3457-1.