浙江工业大学等实现亚表层原子调控提高光催化产氢活性

异相催化剂表面原子的催化性能高度依赖于它们的电子结构，目前研究主要集中在通过改变表面结构提升材料的催化活性。材料亚表层的原子排列也会影响表面原子电子结构，然而有关此方面的报道仍然较少，其中最重要的原因在于很难精准调控亚表层原子的排列。

鉴于此，浙江工业大学化学工程学院郑华均/朱艺涵课题组与北京大学马丁课题组和中国矿业大学（徐州）毛梁课题组合作，以理论计算为指导，成功实现了对六方晶型ZnIn₂S₄亚表层结构的有效调控。表征结果证明Pt原子可以取代ZnIn₂S₄亚表层中六配位的In原子，并同时在其周围产生S空位。这些位于亚表层缺陷结构不仅可以增大材料光吸收范围，抑制光生载流子复合，更重要的是能够显著降低表面S原子的p带中心，促进质子吸附与脱附平衡，使原本惰性的表面S原子具有产氢活性。所得的催化剂可以利用简单的旋涂方法制备成薄膜，该薄膜在太阳光照射下即可产生连续的氢气气泡，2.5 ´ 2.5 cm大小的薄膜（催化剂质量为2.5 mg）在连续5天的光照下能够获得20.5 mL的氢气。

该成果以“Activating surface sulfur atoms via subsurface engineering toward boosted photocatalyic water splitting”为题于2023年7月13日在线发表在Chem Catalysis上，浙江工业大学为第一单位，化学工程学院青年教师时晓伟为第一作者，浙江工业大学化学工程学院郑华均、朱艺涵与北京大学马丁、中国矿业大学（徐州）毛梁为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金（21902143, 51702287, 22075250, 22122505, 21771161，22209203）浙江省自然科学基金（LY23B030007，LY21B030005）、国家重点研发计划（2022YFE0113800）、浙江省高校基础科研基金（RF-A2022007）的支持。

近年来，郑华均教授带领的创新团队聚焦二维硫铟锌纳米材料的创制及其在室温下光催化裂解水制氢方面的研究，先后在Nature Commu.、Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A, 等国际高水平学术期刊上报道。