Ni-Mn共掺杂ZnSxO1-x/MnS2异质结微纤维光催化剂的太阳能驱动高效析氢研究

为解决化石燃料污染和能源危机问题，研究人员通过静电纺丝法制备了Ni-Mn共掺杂ZnSxO1-x/p型MnS2(ZNM-x)异质结微纤维催化剂。该研究通过调控Mn含量实现固溶体与p-n异质结协同作用，使ZNM-25催化剂在模拟太阳光下析氢速率达10692 μmol/g，并具备25小时循环稳定性，为环境友好型能源转换提供了新策略。

　　

全球变暖与能源危机背景下，开发清洁能源技术迫在眉睫。氢能作为零碳排放的能源载体，其光催化制备技术因可直接利用太阳能而备受关注。然而现有催化剂普遍存在可见光利用率低、电荷复合率高、纳米颗粒回收困难等问题，严重制约实际应用。

Universitas Prima Indonesia（印尼普瑞玛大学）的Hairus Abdullah团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，创新性地采用静电纺丝技术构建n型Ni-Mn共掺杂ZnS_xO_1-x/p型MnS₂异质结微纤维催化剂。通过XRD、SEM、XPS等表征手段结合电化学测试，发现Mn含量调控可诱导固溶体与异质结的协同形成，ZNM-25催化剂在模拟太阳光下实现10692 μmol/g的析氢速率，较单一固溶体ZNM-5（8947 μmol/g）提升19.5%，且连续使用25小时未明显失活。

关键技术包括：静电纺丝制备微纤维载体、Mn梯度掺杂构建固溶体/异质结、X射线光电子能谱(XPS)分析表面缺陷态、紫外-可见漫反射(DRS)测定光吸收特性、电化学阻抗谱(EIS)评估电荷转移效率。

【XRD patterns分析】
Mn含量增加导致ZnS_xO_1-x晶格收缩，5%Mn时形成单一固溶体(ZNM-5)，25%Mn时出现MnS₂特征峰，证实异质结形成。

【光学与电化学性能】
DRS显示ZNM-25带隙窄化至2.85eV，PL光谱表明其电荷复合率最低。Mott-Schottky测试证实p-n结建立内建电场，EIS显示电荷转移电阻降低56%。

【光催化HER机制】
Ni/Mn掺杂产生氧空位和取代缺陷，作为电子捕获中心；p-n结促进空间电荷分离，二者协同将光生电子寿命延长3倍。表面Mn³⁺/Mn²⁺氧化还原对加速质子还原反应。

该研究突破传统纳米粉末催化剂的回收难题，通过微纤维载体固定活性组分，在保持高效析氢性能（较前期研究提升214%）的同时避免纳米颗粒浸出。所提出的"固溶体-异质结"双功能设计策略，为开发稳定、环保的新型光催化剂提供了重要参考，对推动太阳能-氢能规模化应用具有显著意义。