高效吸湿凝胶-硫空位纳米片复合体系实现环境湿度直接光催化产氢

本研究突破性地开发了一种基于聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶与富硫空位ZnIn2S4(Sv-ZIS)纳米片的复合光催化系统。研究人员通过构建Zn-O三角锥键合结构，显著提升电荷分离效率并强化材料机械性能，在30°C/50%RH条件下实现28.79 mmol/gcat/h的稳定产氢速率和35.1%@365 nm的量子效率，为环境湿度制氢提供了新范式。

　　

这项突破性研究展示了一种直接从环境湿度生产绿色氢气的黑科技。科研团队巧妙设计出具有三角金字塔结构的Zn-O化学键，将吸水性超强的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶与布满硫空位的ZnIn₂S₄(Sv-ZIS)纳米片紧密结合。这种特殊结构让凝胶中的氧原子与硫空位附近的锌原子产生"超强CP"，形成更短更稳定的化学键。

这种设计带来三重惊喜：首先像高速公路般的电荷快速分离通道，其次加速了反应物和产物的运输，最后还让水凝胶变身"钢铁侠"——机械性能大幅提升。在30°C、50%相对湿度的模拟环境条件下，这个复合材料的产氢能力达到惊人的28.79 mmol/g_cat/h，在365纳米光照下的量子效率高达35.1%，轻松碾压传统水相光催化系统。更令人兴奋的是，它在普通LED灯光下也能稳定工作，让"室内制氢"成为可能。

分子动力学模拟和密度泛函理论(DFT)计算揭示了其中的奥秘：金字塔结构像魔术师一样拉长聚合物链，创造出更多水分子结合位点；硫空位则像助推器，既帮助氢原子(H*)顺利脱离，又强化了Zn-O相互作用。这种水凝胶基质与硫空位的"黄金组合"，在提升催化活性的同时，还保持了材料强大的吸湿能力。

最妙的是，整个制备过程采用温和的一锅法，就像做蛋糕一样简单可放大。这项研究为利用无处不在的空气湿度生产清洁能源开辟了新航道，让"向空气要能源"的梦想照进现实。