复旦大学戴维林教授ACB：CdSe@Ti3C2 MXene复合材料实现高效光解水产氢
【文章信息】
CdSe纳米棒@Ti3C2 MXene纳米片复合催化材料的构筑及实现高效光解水产氢
第一作者：顾华军 （复旦大学,博士生）
通讯作者：戴维林* （复旦大学）
单位：a复旦大学，b岛津中国 (上海)
【研究背景】
在能源短缺和环境污染日益严峻的形势下，太阳能因其取之不尽、用之不竭和可再生的特点，可作为一种有前途的化石燃料替代品。光催化产氢是将太阳能转化为化学能的重要途径之一，其关键技术在于开发高效率、高稳定性、低成本的光催化剂。
基于此，本研究工作设计了一种CdSe纳米棒@Ti3C2 MXene纳米片复合光催化剂，为进一步开发高效稳定的光催化体系提供了研究思路。
【文章简介】
近日， 复旦大学戴维林教授 在国际知名期刊 Applied Catalysis B: Environmental 上发表题为 “Robust construction of CdSe nanorods@Ti3C2 MXene nanosheet for superior photocatalytic H2 evolution” 的研究论文（DOI：10.1016/j.apcatb.2023.122537）。探究了CdSe-MXene光催化复合材料在可见光下的光催化产氢性能，基于XPS、UPS、原位XPS、KPFM、DFT理论计算等表征，提出了CdSe-MXene复合材料中电荷转移和光催化产氢的机制。这项工作不仅展示了丰富的MXene材料在构建高效、低成本的光催化剂方面的潜力，而且为构筑更多的MXene基复合材料用于太阳能转化开辟了新途径。
【本文要点】
要点一：CdSe-MXene复合光催化剂的合成及形貌、结构表征
本工作通过原位水热法，构建了由CdSe纳米棒和Ti3C2 MXene纳米片组成的二元异质结光催化剂。利用TEM，XRD，SEM，XPS，FTIR等表征证实了复合光催化剂的成功制备。
图1. CdSe-MXene合成示意图
图2. (a) CdSe, (b) MXene, (c-e) CdSe-MXene的TEM和HRTEM图像，(f) SAED图像，(g-m) HAADF-STEM图像以及相应的元素分布。
要点二：CdSe-MXene复合光催化剂中电荷转移路径
通过XPS，UPS，KPFM，原位XPS，Au沉积验证等实验以及DFT理论计算证明了CdSe和MXene之间的表面电荷转移过程，确定电子转移的方向是从CdSe到MXene。
图3. Cd-MXene的Cd 3d（a）、Se 3d（b）和Ti 2p（c）的原位XPS图。
要点三：理论计算及产氢机理研究
结合理论计算分析，在光照时，电子从CdSe的VB被激发到CB，而光生电子自发地迁移到Ti3C2纳米片上并将吸附的H+还原成H2。同时，CdSe VB上的光生空穴被牺牲剂所清除。引入的MXene为电荷的转移提供了一条宽而短的路径，由于费米能级的趋平，CdSe的能带向上弯曲，有效地抑制了电子回流，从而抑制了光生电子和空穴的复合，提高了光催化产氢反应的效率。
图4. DFT计算CdSe-MXene的结构模型（a），电荷密度差（b）和沿Z方向的平面平均电子密度差（c）, CdSe (d)和CdSe-MX (e)吸附H的示意性结构模型, CdSe和CdSe-MX反应的自由能图(f)。
图5. CdSe-MXene的光催化产氢机制示意图。
【文章链接】
Robust construction of CdSe nanorods@Ti3C2 MXene nanosheet for superior photocatalytic H2 evolution
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122537
【通讯作者简介】
戴维林：复旦大学化学系教授，博士生导师。主要研究领域为新型催化材料的构筑及其在能源、环境、精细化学品合成及太阳能光催化等领域的应用。曾获上海市曙光学者称号。以第一或通讯作者在化学及材料领域著名期刊 ACS Catal., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A., Appl. Catal. B: Environ., Green. Chem., J. Catal., ACS Sustain. Chem. Eng., Chem. Commun., J. Hazard. Mater.等 发表SCI论文260余篇，多篇论文入选全球1% ESI 高被引用论文，总引用次数8800余次，H-index 56，获中国发明专利28项。2014-2022连续入选Elsevier公布的化学领域中国大陆高被引学者榜单。目前担任多个学术刊物的编委。
课题组网站：https://Daigroup.fudan.edu.cn