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金属掺杂 ZnIn2S4/TpPa-1 的 S 型异质结：调控氢吸附 / 脱附和内电场增强双功能光催化

该研究发表于 Chinese Journal of Catalysis（2026），使用 XH-300PE 开展 光催化制氢、选择性有机氧化 研究，关键结果包括产氢速率 1648 μmol g-1 h-1；AQE 4.23%。

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论文编号 655
应用方向 光催化制氢、选择性有机氧化、COF 异质结、S-scheme 光催化、微波水热材料合成
关键结果 产氢速率 1648 μmol g-1 h-1
核心条件 温度 120 °C / 70 °C
论文编号
655
期刊
Chinese Journal of Catalysis
影响因子
12
中科院分区
1 区
发表年份
2026
DOI
10.1016/S1872-2067(25)64879-0
设备型号
XH-300PE
作者单位
华中师范大学；华中师范大学 化学学院，光能利用与减污降碳教育部工程研究中心；武汉轻工大学 化学与环境工程学院；中国地质大学（武汉）材料与化学学院，太阳燃料实验室
Central China Normal University
研究方向
光催化制氢 选择性有机氧化 COF 异质结 S-scheme 光催化 微波水热材料合成

事实快照

  • 论文：金属掺杂 ZnIn2S4/TpPa-1 的 S 型异质结：调控氢吸附 / 脱附和内电场增强双功能光催化
  • 设备：XH-300PE
  • 期刊与分区：Chinese Journal of Catalysis，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 120 °C / 70 °C；功率 600W；时间 30 min / 45 min
  • 关键结果：产氢速率 1648 μmol g-1 h-1；AQE 4.23%
  • 用途：可作为 光催化制氢、选择性有机氧化 的论文证据页。

研究摘要

论文摘要指出，作者构建了基于金属掺杂 ZnIn2S4 与 TpPa-1 COF 的 S-scheme 异质结，通过金属掺杂同时调控氢吸附/脱附行为和界面内建电场。理论计算显示，Mo-ZIS 具备更接近零的氢吸附自由能、更深下移的硫 p-band center 和更高 ICOHP，有利于改善氢吸附/脱附动力学；实验则证实，金属掺杂后异质结界面电荷转移更强、载流子分离更快。最终，Mo0.01-ZIS/TpPa-1 在无助催化剂条件下实现 1648 μmol g−1 h−1 的产氢和 1812 μmol g−1 h−1 的亚胺生成。

研究背景与解决的问题

论文摘要指出，作者构建了基于金属掺杂 ZnIn2S4 与 TpPa-1 COF 的 S-scheme 异质结，通过金属掺杂同时调控氢吸附/脱附行为和界面内建电场。

设备应用与实验条件

项目参数
温度120 °C / 70 °C
功率600W
时间30 min / 45 min

关键结果

产氢速率 1648 μmol g-1 h-1
AQE 4.23%
指标结果
产氢速率1648 μmol g-1 h-1
AQE4.23%

机制/方法亮点

  • Mo/Ni 掺杂首先改变了 ZnIn2S4 的局域电子结构，尤其是活性硫位点的电子分布，从而优化了氢吸附/脱附动力学。
  • TpPa-1 与 M-ZIS 接触后形成明显费米能级差，界面电子重排建立起由 M-ZIS 指向 TpPa-1 的内建电场。
  • 在光照下，体系遵循 S-scheme 电荷转移路径：TpPa-1 的导带电子与 M-ZIS 的价带空穴复合，保留下来的是 M-ZIS 导带上强还原电子和 TpPa-1 价带上强氧化空穴。
  • 因此，电子在 M-ZIS 侧驱动 H+ 还原生成 H2，空穴在 TpPa-1 侧推动苄胺氧化为亚胺中间体并最终生成 N-benzylidenebenzylamine。
  • Mo 掺杂之所以效果最好，是因为它同时兼顾了位点层面的氢吸附优化和界面层面的电荷转移增强。

应用价值

  • Magicube XH-300PE 被明确用于 ZIS 及异质结关键构筑步骤，设备与材料构筑关系直接。
  • 在无助催化剂条件下，同时把产氢和有机氧化两条线都做到很强，结果表达非常亮眼。
  • Mo0.01-ZIS/TpPa-1 对 Ni0.048-ZIS/TpPa-1 和未掺杂体系形成清晰对比，结论说服力强。
  • 理论计算、原位表征和光电测试三条证据链同时支撑“氢吸附/脱附 + 内建电场”双调控逻辑。
  • 微波水热构筑路线时间短、条件清晰，便于复现和传播。

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常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-300PE。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Chinese Journal of Catalysis（2026），使用 XH-300PE 开展 光催化制氢、选择性有机氧化 研究，关键结果包括产氢速率 1648 μmol g-1 h-1；AQE 4.23%。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Chinese Journal of Catalysis，中科院 1 区。
引用信息
S-scheme heterojunctions of metal-doped ZnIn2S4/TpPa-1: Regulating H adsorption/desorption and internal electric field for boosted dual-functional photocatalysis
Chinese Journal of Catalysis, 2026
DOI: 10.1016/S1872-2067(25)64879-0