Cu3P-石墨炔(GDY)-Ni3SbS6?δ界面定向电子转移：欧姆接触与石墨炔协同效应促进光催化析氢

为解决光生电荷快速复合导致的光催化析氢效率低下问题，研究人员设计了三元Cu3P/GDY/Ni3SbS6?δ催化剂，通过石墨炔(GDY)桥接构建欧姆异质结，实现定向电子转移和载流子分离。研究证实GDY的引入使析氢位点与半导体能隙增大，电子在类金属Cu3P上富集，氢产率显著提升，为高效光催化剂设计提供新思路。

　　

全球气候变暖背景下，太阳能驱动的水分解制氢技术被视为缓解能源危机的关键途径。然而，半导体光催化剂面临光生载流子复合率高、活性位点不足等瓶颈问题。金属硫化物虽具有优异催化活性，却受限于电荷重组和光腐蚀现象。近年来，具有sp/sp²杂化网络的石墨炔(GDY)因其独特的π共轭结构和超高电导率成为研究热点，其桥接作用可显著提升异质结界面电子传输效率。

北方民族大学的研究团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表研究，通过湿法浸渍法构建了三元Cu₃P/GDY/Ni₃SbS_6?δ光催化剂。采用飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)、开尔文探针力显微镜(KPFM)等技术证实GDY在Cu₃P与Ni₃SbS_6?δ间形成欧姆接触异质结，使电子转移速率提升3.8倍。原位X射线光电子能谱显示，GDY的引入使Ni₃SbS_6?δ半导体与析氢位点能隙扩大至1.2eV，促使电子在类金属Cu₃P表面富集参与还原反应。

【合成与表征】
通过交叉偶联法合成Cu/GDY前驱体，经300℃磷化后与Ni₃SbS_6?δ纳米球复合。X射线衍射(XRD)显示催化剂具有典型Cu₃P立方相和Ni₃SbS₆单斜晶结构，GDY的(002)晶面衍射峰证实其成功负载。

【光电性能】
电化学阻抗谱(EIS)表明NPG-7样品电荷转移电阻最低(41Ω)，瞬态光电流响应强度达原始Ni₃SbS_6?δ的5.3倍。莫特-肖特基测试证实Cu₃P与Ni₃SbS_6?δ间形成零势垒欧姆接触。

【机制解析】
密度泛函理论(DFT)计算显示GDY界面处电荷密度差达0.38e/?³，电子转移活化能降低至0.72eV。电子顺磁共振(EPR)捕获到·O₂^?信号强度减弱63%，证实GDY有效抑制载流子复合。

该研究创新性地利用GDY的定向电子传输特性，通过构建"半导体-碳材料-类金属"三级结构，实现光生电子快速迁移与空间分离。催化剂在420nm光照下析氢速率达12.7mmol·g^?1·h^?1，较传统异质结体系提升4.1倍，为设计高效光催化体系提供了新的界面工程策略。