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河南理工大學材料科學與工程學院周愛國等--不同蝕刻溶液制備的Mo2C MXene納米片作為制氫的助催化劑

Mo₂C MXene是一種二維材料，可作為協同催化劑顯著提高CdS的光催化產氫性能。為了了解Mo₂C MXene納米片的合成過程對催化性能的影響，本文以Mo₂Ga₂C為原料，在不同的蝕刻劑中進行水熱蝕刻制備了Mo₂C MXene。蝕刻劑中的不同陽離子(Li+、Na+、K+或NH4+)駐留在Mo₂C MXene納米片表面。然后，將樣品用于構建CdS/Mo₂C-MXene復合材料，用于光催化析氫。其中，含Li+的Mo₂C MXene在可見光下表現出最佳的光催化產氫速率，為22,048 μmol g⁻¹ h⁻¹。這種優異的性能是由于在納米尺度上對Mo₂C MXene進行了Li⁺修飾，從而獲得了更好的光吸收性能，光生載流子的分離效率高，以及異質界面的電荷轉移快。此外，能帶結構解釋了由陽離子調節的光催化劑中帶隙和導電帶位置的變化也是影響光催化活性的關鍵。

圖1. Mo2C的制備工藝及微觀結構MXene和CdS/Mo₂C-MXene光催化劑。

圖2. (a)不同氟鹽制備的Mo₂Ga₂C和Mo₂C MXenes的XRD譜圖和(b) CdS/Mo₂C樣品的XRD譜。

圖3. (a) CM-Li測量譜。比較CM-Li和Mo2C−Li的(b) Mo 3d區域和純Cd和CM-Li的(c,d) Cd 3d和S 2p的高分辨率XPS光譜。

圖4. (a,b)分別是Mo₂C−Li片和CM-Li復合材料的SEM圖像。(c) CdS/Mo₂C復合材料的TEM圖像。(d)聚焦于(c)中矩形區域標記的異質結構的HRTEM圖像。(e) STEM圖像和相應的元素映射。

圖5. (a)可見光下4小時內樣品的時間依賴性光催化產氫量。(b) CdS和CM-x樣品產氫速率的比較。(c) CM-Li制氫性能的循環試驗。

圖6. (a) UV - vis DRS， (b)穩態和(c)時間分辨PL光譜，(d) TPC響應，(e) CM-Li, CM-HF和純cd的EIS圖。

圖7. (a) (αhv)2相對于光子能量(hv)的Tauc圖;(b) CM-Li、CM-HF和CdS的Mott−Schottky圖。

圖8. CMLi、CM-HF和CdS的能帶結構示意圖。

圖9. (a−c) CdS與Mo₂C−HF和Mo₂C−Li耦合前后能帶結構變化示意圖。(d,e)可見光照射下CM-Li和CM-HF中光致電子和空穴的分離和轉移。

相關科研成果由河南理工大學材料科學與工程學院周愛國等人于2023年發表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.3c01449）上。原文：Mo₂C MXene Nanosheets Made in Di?erent Etching Solutions as Cocatalysts for Hydrogen Production。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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