氯改性的供体-受体氢吩嗪复合物（COF），用于加速锂离子电容器阳极中的锂离子（Li+）迁移速率

《Applied Surface Science》：Chlorine-enhanced donor-acceptor hydrophenazine COF for accelerated Li+ kinetics in lithium-ion capacitor anodes

光催化水裂解中，通过调控异质界面优化CdZnS固溶体性能。采用水热/热解法合成双金属MOF衍生NiFe2O4@C微球，与Cd0.9Zn0.1S纳米棒构建异质结催化剂NC20，实现H2产率达96.25 mmol g?1 h?1，较纯Cd0.9Zn0.1S提升3.8倍，量子效率达34.8%-65.1%，且具备优异循环稳定性。

　　这项研究聚焦于开发高效的光催化制氢材料，旨在解决当前在可再生能源领域中面临的挑战。氢能源因其高能量密度、清洁无污染等优点，被认为是未来可持续能源系统的重要组成部分。然而，目前超过95%的氢气生产依赖于传统方法，如天然气蒸汽甲烷重整，这些方法不仅资源消耗大，还伴随着显著的碳排放。因此，如何通过绿色、可持续的方式实现氢气的生产，成为科学界关注的焦点。

光催化水分解技术被认为是一种具有广阔前景的绿色制氢方法，其核心在于利用太阳能驱动化学反应，将水分解为氢气和氧气。然而，现有的光催化制氢技术仍面临诸多挑战，包括光催化剂对可见光的吸收能力有限、光生载流子的快速复合以及催化剂本身的稳定性不足。这些问题限制了光催化制氢的效率和实际应用价值。因此，设计和开发高效、稳定且成本低廉的复合型光催化剂，成为推动该技术发展的关键。

研究团队通过对比不同组成镉锌硫（Cd?Zn???S）固溶体的光催化性能，发现了一维结构的Cd?.?Zn?.?S纳米棒在制氢方面表现出最优的性能。这一发现为后续的异质结结构设计提供了重要的基础材料。同时，团队还采用溶剂热/热解法成功制备了具有定制异质界面的双金属金属有机框架（MOF）衍生的NiFe?O?@C（NFO@C）微球。这种微球不仅具有多孔结构，还结合了碳基材料和磁性镍铁尖晶石的优势，展现出良好的物理化学性能。

为了进一步提升Cd?.?Zn?.?S的光催化性能，研究者将NFO@C微球与Cd?.?Zn?.?S纳米棒结合，构建了一系列NFO@C/Cd?.?Zn?.?S异质结光催化剂。其中，NFO@C含量为20%的样品（NC20）表现出最佳的性能，其制氢速率达到了96.25 mmol·g?1·h?1，是纯Cd?.?Zn?.?S的3.8倍。在420 nm和450 nm波长的光照下，NC20的表观量子效率分别达到了34.8%和65.1%，显示出对可见光的高效利用能力。此外，NC20在16小时的循环实验中仍能保持稳定的制氢活性，而纯Cd?.?Zn?.?S则表现出严重的光腐蚀现象。

与传统的光催化剂相比，NC20在多个方面展现出显著的优势。首先，其多孔结构和高比表面积有助于增加光催化剂与反应物的接触面积，从而提高反应效率。其次，NFO@C的引入有效降低了光生载流子的复合率，提升了电子-空穴对的分离效率。这种高效的载流子分离能力是光催化反应高效进行的关键因素之一。最后，NC20还具有良好的磁性分离性能，这使得其在实际应用中具备良好的可回收性，从而降低了材料的使用成本和环境负担。

在材料合成过程中，研究团队采用了多种表征手段，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）以及紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等。这些表征结果清晰地表明，NFO@C的引入不仅增强了材料的可见光吸收能力，还显著提升了其光催化活性。通过这些实验，研究者进一步验证了异质结结构对光催化性能的提升作用。

在实验设计方面，研究团队通过调整溶剂比例和反应条件，优化了Cd?Zn???S的合成过程。他们发现，随着Zn含量的增加，样品的颜色从黄色逐渐转变为灰白色，这表明其能带结构发生了变化。通过进一步的实验分析，研究者确定了Cd?.?Zn?.?S在可见光范围内具有最佳的光吸收性能，这一结果为其在光催化反应中的应用奠定了基础。此外，研究团队还探索了不同NFO@C含量对异质结性能的影响，最终确定了20%的NFO@C含量能够实现最佳的性能平衡。

在光催化反应机制方面，研究者认为NFO@C的引入通过异质结界面实现了有效的电子传递和空穴迁移。这种界面不仅能够促进光生载流子的分离，还能减少其在材料内部的复合概率，从而提高光催化反应的效率。此外，NFO@C的磁性特性使其能够通过外部磁场实现快速的分离和回收，这一特性在实际应用中具有重要意义。

研究团队在实验过程中还注意到，NFO@C/Cd?.?Zn?.?S异质结材料在长期光照下仍能保持较高的催化活性，这表明其具有良好的稳定性。相比之下，纯Cd?.?Zn?.?S材料在光照过程中容易发生光腐蚀，导致活性下降。因此，通过构建异质结结构，不仅可以提升光催化性能，还能有效解决光腐蚀问题，从而延长催化剂的使用寿命。

从应用角度来看，这项研究为光催化制氢技术的发展提供了新的思路。传统的光催化剂往往需要牺牲剂来维持反应的进行，这不仅增加了反应的复杂性，还可能带来额外的环境污染。而NC20材料通过异质结结构的设计，能够在不依赖牺牲剂的情况下实现高效的制氢反应，这无疑是一个重要的突破。此外，该材料的可回收性也为大规模应用提供了可能性，降低了生产成本和环境影响。

为了进一步验证NC20的性能，研究团队还进行了多种实验测试，包括循环实验、稳定性测试以及对不同光照条件下的响应分析。这些实验结果表明，NC20不仅在光照条件下表现出优异的催化活性，而且在多次循环使用后仍能保持较高的效率，这为其实用化提供了坚实的基础。此外，研究者还探讨了不同光照波长对催化性能的影响，发现NC20在可见光范围内具有良好的响应能力，特别是在420 nm和450 nm波长下的表现尤为突出。

在实际应用中，光催化制氢技术面临着诸多挑战，如催化剂的稳定性、成本效益以及可回收性。NC20材料的出现为解决这些问题提供了新的方案。其独特的异质结结构不仅提升了光催化性能，还有效克服了传统材料在光腐蚀和稳定性方面的不足。此外，由于NFO@C的磁性特性，该材料在使用后可以通过外部磁场实现快速分离，这在工业应用中具有重要的价值。

综上所述，这项研究通过构建具有定制异质界面的NFO@C/Cd?.?Zn?.?S异质结结构，成功提升了光催化制氢的效率和稳定性。NC20材料在可见光下的高效性能、良好的可回收性以及对光腐蚀的抵抗能力，使其成为光催化制氢领域的一个重要突破。这项成果不仅为新型光催化剂的开发提供了理论支持，也为实现绿色、可持续的氢能源生产提供了可行的技术路径。未来，研究团队将继续优化材料的合成工艺，探索其在更大规模应用中的潜力，并进一步研究其在其他光催化反应中的适用性。