硫化钴作为高效双功能光催化剂的产氧和产氢反应

过渡金属硫族化合物硫化钴通过温和的溶剂热路线，原位生长得到三维多层结构的硫化钴材料，并首次作为高效的双功能光催化剂驱动染料敏化体系下的水裂解产生氧气和氢气。硫化钴催化剂得到最优的H₂产率为1196 μmol•h^-1•g^-1，O₂收率为63.5%。瞬态光谱实验证明了快速电子转移发生于光敏剂和催化剂之间。这一高效、地壳丰产、廉价的水裂解催化剂可用于模拟人工光合作用，把太阳能转化为化学能。

兰州大学化学化工学院的丁勇教授（点击查看介绍）课题组研究了高效的催化剂硫化钴，通过人工光合作用催化水分解产生氢气和氧气，利用各种光谱技术来探索其在可见光照射下染料敏化体系的光催化机理。

图1. 光催化水裂解产生氧气和氢气循环示意图

光催化动态变化过程中，发生在光敏剂和催化剂之间的快速电子转移得到激光闪光光解实验的证实。在水氧化半反应过程种，光敏剂[Ru(bpy)₃]²⁺受到可见光激发，瞬态吸收光谱检测到的[Ru(bpy)₃]³⁺浓度降低表明催化剂硫化钴发生氧化形成高价态物种，从而氧化水分子生成氧气。同时在析氢的半反应中，光激发产生的瞬态吸收峰归因于光敏剂EY（³EY*）激发态的吸收；当加入催化剂硫化钴后，作者检测到阳离子自由基EY^+•出现，伴随着³EY*衰变寿命变短，由此证明了一个电子从光敏剂³EY*快速地转移到催化剂硫化钴上。研究通过光谱实验证明了该催化剂可以加速电子有效地转移，为探索开发新型高效、廉价丰产的催化剂应用于人工光合仿生裂解水提供了新的方向与借鉴。该论文已发表在Advanced Functional Materials 上，文章的第一作者是兰州大学的研究生郑敏。

图2. 析氢半反应的激光闪光光解实验

该论文作者为：Min Zheng, Yong Ding, Li Yu, Xiaoqiang Du, and Yukun Zhao

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In Situ Grown Pristine Cobalt Sulfide as Bifunctional Photocatalyst for Hydrogen and Oxygen Evolution

Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605846, DOI: 10.1002/adfm.201605846

丁勇教授简介

丁勇，兰州大学化工学院教授，博士生导师；2004年12月于中国科学院兰州化学物理研究所获得博士学位，2005年3月起就职于兰州大学；2009年12月-2011年1月在美国埃默里大学化学系学习。

丁勇目前从事的研究领域有：（1）人工光合作用的化学模拟；（2）光催化以及光电催化水的氧化和水的还原；（3）多金属氧酸盐（杂多酸）的合成、表征以及催化性能的研究，至今已在J. Am. Chem. Soc.、Energy Environ. Sci.、Adv. Fuct.Mater.、Nano Energy、ACS Catal.、J. Catal.、Appl. Catal .B.、Chem Commun.、ChemSusChem、Green Chem.、J. Mater. Chem. A等SCI学术刊物上发表研究论文约70篇，目前担任“催化学报”青年编委。

http://www.x-mol.com/university/faculty/11248