光驱动原位沉积非晶态镍硼纳米团簇修饰石墨相氮化碳显著提升光催化产氢性能

为解决贵金属助催化剂成本高、合成复杂的问题，西北工业大学团队通过原位光沉积法将非晶态NiB纳米团簇锚定在g-C3N4表面（CN/NiB），实现可见光下3025 μmol h?1 g?1的产氢速率（较纯g-C3N4提升104倍）。该研究为开发高效、稳定的非贵金属助催化剂体系提供了新策略。

　　

在能源危机与环境问题日益严峻的背景下，氢能因其清洁特性被视为理想的可再生能源。光催化技术能够直接将太阳能转化为氢能，其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其独特的2.7 eV带隙和化学稳定性成为研究热点。然而，g-C₃N₄存在比表面积低、光生载流子复合快等缺陷，传统贵金属助催化剂（如Pt）又面临资源稀缺和成本高昂的瓶颈。西北工业大学的研究团队创新性地采用原位光沉积法，在g-C₃N₄表面构建非晶态镍硼(NiB)纳米团簇助催化剂体系，相关成果发表在《International Journal of Hydrogen Energy》。

研究团队通过光触发电子还原途径，将Ni²⁺与二甲胺硼烷(DMAB)在g-C₃N₄表面原位转化为高度分散的非晶态NiB纳米团簇（直径约2-5 nm）。关键技术包括：热刻蚀法制备g-C₃N₄纳米片、可见光驱动的原位光沉积工艺、以及通过X射线光电子能谱(XPS)和透射电镜(TEM)表征材料界面相互作用。

Results and discussion

1. 结构表征：XPS证实NiB与g-C₃N₄形成C-Ni和N-Ni键合，TEM显示NiB纳米团簇均匀分散且保持非晶态特征。
2. 光吸收特性：紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明CN/NiB-8的可见光吸收边红移至475 nm，带隙降至2.45 eV。
3. 电化学性能：电化学阻抗谱(EIS)显示CN/NiB-8的电荷转移电阻降低至纯g-C₃N₄的1/5，光电流强度提升8倍。
4. 产氢性能：最优样品CN/NiB-8在可见光下产氢速率达3025 μmol h^?1 g^?1，且经过4次循环后活性保持92%。

Conclusions
该研究首次证实非晶态NiB可通过C-Ni/N-Ni键合稳定锚定在g-C₃N₄表面，其金属电子特性显著促进载流子分离。通过调控NiB负载量（8 wt%为最优），实现了较传统NiS助催化剂体系更高的成本效益。这项工作为设计非贵金属光催化系统提供了普适性策略，其温和的制备工艺（室温、常压）具有工业化应用潜力。通讯作者Huiqing Fan指出，该技术可拓展至其他过渡金属硼化物(TMBs)体系，为太阳能-氢能转换开辟了新路径。