锰掺杂非晶核壳结构硫化钴增强光催化析氢性能的协同机制研究

针对光催化析氢中载流子复合严重和氢吸附热力学不佳的难题，研究人员创新性地开发了锰掺杂非晶核壳结构Mn-CoSx助催化剂。该材料通过Mn掺杂调控d带电子结构（ΔGH?=?0.51 eV）与非晶核壳协同作用，使CdS复合体系析氢速率达19.1 mmol g?1 h?1，较传统CoS/CdS提升9倍，为设计非贵金属光催化系统提供了新范式。

　　

随着全球能源危机加剧，太阳能驱动的光催化水分解技术成为研究热点。然而半导体光催化剂普遍面临载流子复合率高、表面活性位点不足等瓶颈问题。传统铂基助催化剂虽性能优异，但高昂成本制约其规模化应用。如何通过材料设计同时优化电荷分离效率与氢吸附热力学，成为发展高效光催化系统的关键科学问题。

西安科技大学（根据通讯作者Faliang Luo单位推断）的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表创新成果，提出将锰掺杂与非晶核壳结构协同整合的策略，成功开发出新型Mn-CoS_x助催化剂。该材料通过独特的结构-电子双重调控，使CdS复合体系析氢速率突破19.1 mmol g^?1 h^?1，较传统体系实现数量级提升。

研究采用离子交换法构建非晶核壳结构，通过溶热法制备钴锰甘油前驱体，经硫化反应获得目标产物。结合DFT计算、X射线光电子能谱（XPS）和电化学阻抗谱（EIS）等技术，系统分析了材料电子结构与催化机制。

Results and discussion部分揭示：Mn掺杂使氢吸附自由能ΔG_H?降至?0.51 eV，优于未掺杂体系；非晶核壳结构提供112.46 m² g^?1的高比表面积，促进活性位点暴露；原位表征证实材料在催化过程中发生动态表面重构，维持长期稳定性。

Conclusions指出：该研究首次证实Mn掺杂与非晶核壳结构的协同效应，其性能超越贵金属Pt/CdS系统21倍。这种原子级掺杂与纳米结构工程相结合的策略，为过渡金属基助催化剂设计提供了普适性方案，推动低成本光催化技术的实用化进程。

研究的重要意义在于：通过精确调控CoS_x的电子结构（d-band center位置）与介观形貌，同时解决了光催化析氢中动力学与热力学匹配的难题。非晶结构赋予材料动态适应反应环境的能力，而Mn掺杂优化了活性位点的本征活性，这种"双管齐下"的设计思路对可再生能源领域具有广泛启示。