Ni3C修饰ZnIn2S4纳米片微球：非贵金属助催化剂提升光催化产氢性能与机制研究

本研究针对ZnIn2S4光催化剂载流子复合率高的问题，通过低温热解-水热法构建Ni3C/ZnIn2S4复合体系。结果表明，Ni3C（功函数5.12 eV）作为电子阱使产氢速率提升3.3倍至7.68 mmol h?1 g?1，循环稳定性达94.5%，为替代贵金属助催化剂提供新思路。

　　

在化石能源危机与环境污染的双重压力下，太阳能驱动的光催化水分解制氢技术被视为实现碳中和的关键路径。然而，当前主流的光催化体系普遍依赖铂（Pt）、钯（Pd）等贵金属助催化剂，其高昂成本严重制约规模化应用。更棘手的是，即便性能优异的半导体材料如ZnIn₂S₄（带隙2.4 eV），也因光生电子-空穴对的快速复合导致量子效率低下。如何开发兼具高效、稳定且低成本的非贵金属助催化剂，成为破解这一"卡脖子"难题的核心。

针对这一挑战，江西某高校的研究团队创新性地将镍基碳化物（Ni₃C）引入ZnIn₂S₄光催化体系。发表于《International Journal of Hydrogen Energy》的这项研究揭示：通过精确调控0D/3D异质结构界面工程，Ni₃C纳米颗粒可形成类贵金属的电子阱效应，使复合材料的产氢活性实现突破性提升。

研究团队采用低温热解法制备六方相Ni₃C纳米颗粒，结合水热法合成ZnIn₂S₄纳米片自组装微球，最后通过溶剂蒸发法构建复合材料。借助XRD、HRTEM等表征手段确认了材料的晶体结构与形貌特征，并通过UV-Vis、PL光谱等系统分析了光电化学性能。

Crystalline structure of samples
XRD分析显示，Ni₃C在39.5°、41.9°等处呈现典型六方相衍射峰（JCPDS No.06-0697），而ZnIn₂S₄微球显示出R 3 m空间群特征峰。复合材料中两相峰位共存且无杂峰，证明成功构建异质结。

Photocatalytic hydrogen evolution
在模拟太阳光下，2 wt% Ni₃C负载量的复合材料产氢速率达7.68 mmol h^?1 g^?1，是纯ZnIn₂S₄的3.3倍。EIS谱显示其电荷转移电阻降低65%，PL强度减弱82%，证实Ni₃C有效促进载流子分离。

Mechanism insights
Mott-Schottky测试表明，Ni₃C（功函数5.12 eV）与ZnIn₂S₄形成Schottky势垒，驱动光生电子定向迁移至Ni₃C表面参与质子还原反应。原位XPS证实界面处存在强电子相互作用，这是提升稳定性的关键。

该研究不仅证实Ni₃C可替代贵金属助催化剂，更开创性地提出"功函数调控-界面工程"协同策略。通过建立材料电子结构与催化活性的构效关系，为设计新型非贵金属光催化体系提供理论指导。值得注意的是，94.5%的循环稳定性使其具备工业化应用潜力，而全流程低温合成工艺（<200°C）进一步凸显其经济性优势。这一成果为太阳能-氢能转化技术的实用化推进奠定了重要基础。