高效、廉价的光催化剂可以在实现太阳能氢的规模化生产中发挥重要作用。最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究描述了一种流体剥离方法，用于制造三硫化镍磷 (NiPS 3 ) 薄纳米片，作为一种柔性基材，用于改善各种光催化剂上的光致氢生成。

制氢：重要性和挑战

对不可再生能源的依赖导致了全球能源问题、气候变化和大规模环境退化。因此，寻找清洁、可持续和无碳的可再生能源至关重要。

在这种情况下，催化水解离被认为是生产绿色氢燃料的可行、低成本和生态无害的方法。

然而，迄今为止所产生的光催化剂耐久性差、效率低和成本高，极大地限制了这种光催化方法的大规模实施。因此，开发高活性、可靠且价格合理的光催化剂对于实现工业规模的太阳能制氢至关重要。

高性能光催化剂的合理设计

开发高性能光催化剂需要对其构型、成分-活性有原子水平的了解，并深入了解光生电子和空穴的动力学和力学。

将原子分辨率像差校正扫描透射电子显微镜（AC-STEM）与理论模拟相结合，可以提供有关光催化剂框架和组成活性关系的原子级信息。上述方法可以精确显示光催化剂中可用的多个原子级反应性官能团。

另一方面，光生电子和空穴的分离对于确定整体光催化效率至关重要。因此，一些复杂的表征必须用于时间分辨研究光催化剂表面光生电子/空穴的运动学和力学。

此外，结合这两种方法来评估原子形态、成分有效性和时间分辨电荷载流子转移过程对于下一代光催化剂的合理开发至关重要。

用于制氢的金属磷硫属化物 (MPCx)

二维 (2D) 过渡金属磷硫属化物 (MPC x ) 最近因其不寻常的物理化学特性而在催化反应、光电器件和传感应用中引起了极大的兴趣。

这组物质被视为改善光催化的潜在理想平台，因为其特性包括有利于光生电子/空穴分离的薄层，以及有利于与其他组分产生强电子键合的大界面面积。此外，这些材料具有丰富的反应性表面基团，可促进界面上的氧化还原催化过程。

迄今为止，已经发表了许多关于光催化中二维 MPC x物质的理论和实验研究。尽管如此，目前还没有已知的使用 MPC x基团作为通用平台来改善各种半导体光催化剂（如金属氧化物、无金属氮化物和金属硫化物）上的光致氢生成。

当前研究的亮点

在这项研究中，研究人员提出了一种新型液体剥离方法，用于生产二维 MPC x、NiPS 3薄纳米片，作为提高金属氧化物（TiO 2）等多种光催化剂的光催化制氢性能的适应性平台，无金属氮化物 (C 3 N 4 ) 和金属硫化物 (CdS)。

为了研究生成的超薄纳米片的框架、动力学和热力学，先进的表征方法，如超快瞬态吸收光谱 (TAS)、瞬态光致发光 (PL) 光谱、瞬态表面光电压 (SPV) 光谱，以及使用原位 X 射线光电子能谱 (XPS)。

重要发现

合成后的 NiPS3 薄纳米片可作为均匀的基底，用于提高光催化剂的太阳能驱动制氢能力。

与纯CdS相比，所制备的镍磷三硫化物/硫化镉（NiPS 3 /CdS）杂化物表现出最佳的光催化制氢效率，最佳增强因子为1667%。NiPS 3纳米片和CdS纳米颗粒之间改进的电耦合接触促进了电荷载流子分离，从而显着提高了NiPS 3 /CdS的效率。

光致空穴向 CdS 纳米粒子界面的转移特别增加。因此，CdS 纳米颗粒上剩余的光生电子可以有效地移动到 NiPS 3纳米片上，用于制氢。

理论模拟和改进的表征技术也支持这些结论。

这项研究不仅证明了 MPC x系列作为提高各种半导体光催化剂制氢效率的通用平台的巨大潜力，而且还有助于光催化剂的逻辑发展。