基于界面电荷动力学的3D/2D CdIn2S4/Ni-MOLs II型异质结双功能吸附-光催化系统在环境净化与水分解中的应用研究

本文报道了一种通过一锅溶剂热法构建的3D/2D CdIn2S4/Ni-MOLs（CIS/NM）II型异质结光催化剂。该研究通过将三维镍金属有机框架（Ni-MOFs）剥离为二维镍金属有机层（Ni-MOLs），缩短了光生载流子传输路径并增大了界面接触面积。该异质结实现了对亚甲基蓝（MB）的协同高效吸附-光催化降解（效率达99.9%）和优异的光催化产氢性能（速率达1247 μmol g-1 h-1）。密度泛函理论（DFT）计算证实了II型异质结的形成，其主导活性自由基为?OH和?O2–。本研究为设计兼具污染物吸附降解和太阳能制氢的双功能光催化剂提供了新思路。

　　

Highlight

材料

无水氯化镉（CdCl₂, AR ≥ 99%）、四水合氯化铟（InCl₃·4H₂O, AR ≥ 99%）、硫代乙酰胺（TAA, AR ≥ 98%）、聚吡咯烷酮（PVP, AR ≥ 99%）、六水合硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O, AR ≥ 99%）、对苯二甲酸（H₂BDC, AR ≥ 98%）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF, AR ≥ 98%）购自上海麦克林生物化学技术有限公司。对苯醌（BQ, AR ≥ 99%）、无水乙醇、亚甲基蓝（MB, HPLC≥90%）、乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na, ...

材料表征

CIS/NM复合材料的合成过程如图1(a)所示。通过溶剂热法，CdIn₂S₄在Ni-MOLs上原位生长。不同CdIn₂S₄负载量复合材料的X射线衍射（XRD）图谱如图1(b)所示。复合材料在2θ = 12.8°, 26.8°, 28.3°, 44.1°和47.3°处的衍射峰分别对应于CdIn₂S₄的(111)、(311)、(222)、(511)和(440)晶面[12]。此外，2θ = 8.5°处的衍射峰对应于Ni-MOLs的(100)晶面。

结论

本研究成功开发了一种新型的3D/2D II型异质结光催化剂。其关键进展在于通过简单的一锅法策略将CdIn₂S₄与二维镍金属有机层（Ni-MOLs）集成，实现了双重功能：高效协同吸附-光催化降解有机污染物和太阳能制氢。所制备的1.5 CdIn₂S₄/Ni-MOLs（CIS/NM）在双功能应用中均表现出领先的性能：