广州大学/山东大学Nano Energy：给体-受体型COF-ZIS核壳结构S型异质结高效光催化析氢

第一作者：Chao Cui

通讯作者：王家海，刘宏，于小雯

通讯单位：广州大学，山东大学

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共价有机骨架（COFs）具有优异的光吸收能力、大比表面积和可调能带结构等优点，在光催化剂方面具有广阔的前景。然而，COF通常遇到光生载流子的严重复合问题。因此，迫切需要设计有效的基于COF的异质结构来增强载流子的分离。

本研究开发了一种新型的给体-受体型共价有机框架(COF)/ZnIn₂S₄核壳结构S型异质结，用于高效的光催化析氢。

本工作中，通过缩合聚合合成了卟啉基的COF，随后ZnIn₂S₄ (ZIS) 成功地在卟啉基COF表面原位生长，形成了一种新颖的核壳结构。该COF-ZIS异质结构在光催化析氢(PHE)反应中表现出695 μmol g⁻¹ h⁻¹的速率，大约是ZIS的三倍。通过构建COF-ZIS异质结构，增强了光生载流子的分离和传输，为ZIS表面的质子还原提供了更多的电子。

电子顺磁共振谱证实了COF-ZIS异质结构通过S型机制进行电荷载流子传输的模式。此外，通过在COF-ZIS表面加载Pt作为助催化剂，该异质结构实现了2711 μmol g⁻¹ h⁻¹的有效PHE速率以及卓越的稳定性。值得注意的是，COF-ZIS异质结构的平均寿命通过单粒子荧光光谱观察比ZIS和COF单独时分别增加了43.2%和98.9%。

图文导读

广州大学/山东大学Nano Energy：给体-受体型COF-ZIS核壳结构S型异质结高效光催化析氢

图1：COF和COF-ZIS异质结构的合成与表征。

图2：COF-ZIS异质结构的形貌分析。

图3：COF-ZIS异质结构的XPS分析。

图4：COF-ZIS异质结构的光催化性能评估。

图5：COF-ZIS异质结构的光电化学性能分析。

图6：COF-ZIS异质结构的能带结构分析。

总结展望

本研究通过原位生长ZnIn₂S₄ (ZIS)在给体-受体型共价有机框架(COF)表面，构建了一种新型核壳结构S型异质结，显著提高了光催化析氢的效率。COF-ZIS异质结构在Pt助催化剂的作用下，实现了2711 μmol g⁻¹ h⁻¹的高效光催化氢气产生速率，并在400 nm处达到了2.45%的高表观量子效率。

此外，COF-ZIS异质结构展现出卓越的循环稳定性，通过单粒子荧光光谱观察，其平均载流子寿命相比ZIS和COF单独时分别提高了43.2%和98.9%。本研究不仅为设计新型COF基有机-无机S型异质结构提供了新思路，也为开发清洁无污染的能源技术做出了重要贡献。

文献信息

标题：Donor-acceptor Covalent Organic Framework/ZnIn₂S₄ Core-shell Structure S-scheme Heterostructure for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

期刊：Nano Energy

广州大学/山东大学Nano Energy：给体-受体型COF-ZIS核壳结构S型异质结高效光催化析氢

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