协同电荷转移工程构建Mo368POM@Nb2CTx@MoS2异质结实现高效可见光驱动产氢

为解决化石燃料依赖及光催化产氢效率瓶颈问题，兰州大学团队设计出新型三元异质结Mo368POM@Nb2CTx@MoS2，通过MXene（二维过渡金属碳化物）与多金属氧酸盐（POM）的协同作用构建级联电荷转移网络，实现1.6 mmol g-1 h-1的产氢速率和6.4%表观量子效率，为太阳能燃料生产提供新范式。

　　

全球能源危机与环境污染的双重压力下，开发高效太阳能转化技术成为当务之急。氢能因其清洁特性被视为理想替代能源，但传统光催化剂面临电荷复合快、稳定性差等挑战。兰州大学Yong Ding和Baochun Ma团队在《Catalysis Today》发表研究，通过精准设计MoS₂（二硫化钼半导体）、Nb₂CT_x（铌碳MXene电子受体）和Mo₃₆₈POM（钼系多金属氧酸盐还原助催化剂）的三元异质结，开创性地解决了上述难题。

研究采用水热法分步构建复合材料，通过X射线衍射（XRD）和电化学阻抗谱（EIS）验证结构特性，紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）证实光吸收增强，瞬态荧光光谱（TRPL）揭示载流子寿命延长至8.2 ns。

【Synthesis and Characterization】
通过调控Nb₂CT_x与MoS₂的质量比（5-20 wt%），发现15%比例时界面接触最优。Mo₃₆₈POM的引入使光电流密度提升3倍，电化学活性表面积达58.7 cm² mg^-1。

【Conclusions】
该工作阐明MXene的金属导电性加速电子提取（电导率>10³ S cm^-1），而Mo₃₆₈POM通过[Mo₁₂O₄₂]^8-簇可逆氧化还原抑制复合。最终催化剂在420 nm光照下AQY（表观量子产率）达6.4%，较纯MoS₂提高11倍，且循环10次后活性保持92%。

这项研究不仅为多组分催化剂设计提供新思路，更通过"半导体-电子桥-助催化剂"三位一体策略，推动太阳能制氢向实际应用迈进。国家自然科学基金（22472071、22075119）和中央高校基本科研业务费（lzuibky-2024-ou01）为本研究提供支持。