《自然通讯》报道我校郑华均教授团队在光催化产氢领域最新突破

在“双碳”背景下，清洁低碳是我国能源产业的发展方向。氢气因其燃烧热值高、燃烧产物无污染，是未来清洁能源的首选。将水裂解获得氢气是化学家们孜孜以求的圣杯，其中利用太阳能通过光催化在室温下分解水产氢，更是全球能源领域科学家们聚焦的研究热点。

近日，我校郑华均教授团队创制高性能的光催化材料在室温下将水裂解获得氢气，该研究成果以“Protruding Pt single-sites on hexagonal ZnIn₂S₄ to accelerate photocatalytic hydrogen evolution”为题，于2022年3月11日被Nature Communications在线报道。

高性能光催化剂是光催化裂解水产氢的关键。一般的光催化材料存在着光生电子-空穴对易复合以及活性位点不足等问题，导致目前光催化分解水产氢的效率低下，制约了光裂解水制氢的工业化应用。将贵金属纳米颗粒负载在光催化剂表面可以有效提高材料的光催化产氢性能，但贵金属材料含量稀少，价格昂贵，制约了其大规模推广使用。因此，如何使用尽可能少的贵金属原子实现催化性能的大幅提高是光催化产氢面临的重要课题。

浙江工业大学郑华均教授团队长期致力于光/电催化研究。研究团队在球差矫正透射电镜下清晰地发现，当三个氢原子同时吸附在铂原子上时，这三个氢原子会以对称的结构分布在铂原子周围，这时氢原子的间距为2.084 埃。如果继续增加一个氢原子吸附，则第三个氢原子3H与第四个氢原子4H之间的键长只有0.881 埃，接近氢分子H2中的H-H键长0.740 埃。Pt-3H的键长也从1.551 埃增大到了1.723 埃，证实了H原子更容易从铂原子上脱附。这一发现非常清晰地理解了凸起状的铂原子作为氢原子吸附点以及成键为氢分子的过程。

研究团队利用光化学沉积法在二维硫铟锌纳米片表面构筑凸起状的贵金属铂单原子，当贵金属铂的质量分数仅为0.26%，即在100 毫克催化剂中，铂的质量仅0.26 毫克。在催化剂用量20 毫克的前提下，其在可见光下的产氢速率为每小时350.1毫摩尔，是单纯二维硫铟锌纳米片的17.8倍，较成功地解决了光催化产氢难题。将催化剂在玻璃片上制备成薄膜后，在可见光照射和模拟太阳光下可以产生明显的气泡。

该工作由化学工程学院时晓伟博士带领2021届硕士研究生戴超、2022届硕士研究生王鑫等历时三年完成。暨南大学朱明山教授团队也参与这一研究，具体负责部分表征工作、中国矿业大学毛梁博士负责部分理论计算。

Nature Communications在线报道郑华均教授团队在光催化产氢领域取得新进展

郑华均教授研究团队

二维ZnIn₂S₄纳米片表面构筑凸起状铂单原子形貌表征

理论计算氢原子在PtSS-ZIS表面的吸附以及成键氢分子过程

时晓伟博士指导研究生

化学工程学院先进材料与电化学研究团队