用于光催化制氫的半導(dǎo)體光催化劑中的大多數(shù)由于對可見光的弱吸附、較窄的太陽光響應(yīng)范圍以及光生載流子的利用較差而導(dǎo)致光催化活性較低。ZnIn2S4光催化劑由于其在太陽能轉(zhuǎn)換反應(yīng)中的明顯優(yōu)勢而被深入研究，而在ZnIn2S4基光催化體系中同時實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和組分調(diào)節(jié)是提高其析氫性能的巨大挑戰(zhàn)。并且3D中空結(jié)構(gòu)ZnIn2S4的合成受限于缺乏合適的模板或合成方法，從而限制了ZnIn2S4在光催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。基于此，蘭州大學劉偉生團隊以有序大孔十四面體鈰基金屬有機骨架(Ce-MOFs)為模板和Ce離子源，通過一步水熱法獲得具有中空納米籠的Ce摻雜的ZnIn2S4光催化劑。Ce-MOFs同時誘導(dǎo)了Ce的摻雜和具有超薄納米片亞基的ZnIn2S4十四面體中空納米籠的形成；最佳的Ce摻雜ZnIn2S4十四面體納米籠(ZTNs-Ce20)表現(xiàn)出高的析氫光催化活性(7.46 mmol g-1 h-1)，在380 nm處具有6.56%的高AQE，是原始ZIS的3倍(2.61 mmol g-1 h-1)。此外，研究人員通過密度泛函理論(DFT)計算了解Ce摻雜對電子結(jié)構(gòu)和光催化活性的影響：Ce摻雜后，ZTNs-Ce20的帶隙從2.39 eV減小到2.28 eV。非球形三維空心納米結(jié)構(gòu)與Ce摻雜的協(xié)同效應(yīng)極大地擴大了太陽光的吸收，促進了載流子的分離和傳輸，提供了較大的比表面積，并為光催化反應(yīng)暴露了更多的活性位點。這項工作強調(diào)了使用MOF作為模板和摻雜劑來構(gòu)建具有元素摻雜的非球形中空納米籠光催化劑的策略，這將為設(shè)計新型高效光催化劑鋪平道路。One-Step MOF-Templated Strategy to Fabrication of Ce-Doped ZnIn2S4 Tetrakaidecahedron Hollow Nanocages as an Efficient Photocatalyst for Hydrogen Evolution. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202104579
