【引言】

由于具有高效的結晶電荷/電子傳遞、良好的硫磷穩(wěn)定性以及豐富的表面暴露活性位點，2D層狀過渡金屬硫化物(MX₂)吸引了研究人員將其用于催化分解水制氫產氧的化錳活性巨大興趣。到目前為止，納米牛研究人員針對其可控合成和性能增強已進行了廣泛的片及研究。在催化析氫反應(HER)過程中，其光外部引入的催化材料P位點將起到至關重要的作用，這一點已在MoS₂、結晶WS₂和CoS₂的硫磷研究中得到證實。CoPS、化錳活性CoS/P和MoP/S具有相當高的納米牛催化制氫活性。此外，片及實際研究結果證明增加過渡金屬磷化物(如Ni_xP_y、其光Mo_xP_y和Co_xP_y等)中磷原子的催化材料含量有助于提升其催化制氫活性。因此，結晶若一種催化劑能將過渡金屬、硫族元素、磷和2D等特點集于一身，將有望實現催化活性的極大提升。就此而言，過渡金屬硫磷化物(MPX₃)是最優(yōu)備選之一。

【成果簡介】

近日，國家納米科學中心何軍研究員、王振興研究員(共同通訊作者)等報道了在柔性碳纖維基底上系統地生長MnPX₃納米片的新路線，并在Adv. Funct. Mater.上發(fā)表了題為“High Crystal Quality 2D Manganese Phosphorus Trichalcogenide Nanosheets and their Photocatalytic Activity”的研究論文。作者對CVD過程的溫度曲線進行精心優(yōu)化，以簡單的方式成功地將氧化物前驅體轉化為高結晶度硫磷化物。此外，所得錳基硫磷化物納米片在模擬太陽光(AM 1.5G)、無犧牲試劑下顯示出良好的光催化分解水活性。這項研究為探索功能二維材料的奇妙世界奠定了重要的基礎。

【圖文簡介】

圖1 MPX₃催化劑的制備及晶體結構

a) CVD法制備混相(路線I)和純相(路線II)產物的溫度曲線以及相應的化學結構；

b) 兩種路線生長的產物的XRD譜圖。

圖2 MPX₃催化劑的形貌和元素分析

a) MnPS₃的AFM圖像(標尺：0.5 μm)；

b) MnPSe₃的AFM圖像(標尺：0.5 μm)；

c) MnPS₃的EDX元素分布圖像(標尺：2 nm)；

d,e) MnPS₃的HRTEM圖像(標尺：2 nm)和SAED選區(qū)衍射；

f,g) MnPSe₃的HRTEM圖像(標尺：2 nm)和SAED選區(qū)衍射。

圖3 MPX₃催化劑的表面元素分析

a) MnPS₃的Raman光譜；

b) MnPSe₃的Raman光譜；

c,d) MnPS₃的P 2p和S 2p XPS光譜；

e,f) MnPSe₃的P 2p和Se 3d XPS光譜。

圖4 MPX₃催化劑的能帶位置

a) MPX₃催化劑的帶隙圖；

b) MPX₃催化劑的紫外光電子能譜；

c) MPX₃催化劑的Mott-Schottky測試；

d) MPX₃催化劑的能帶結構。

圖5 MPX₃催化劑的光催化制氫性能

a) MPX₃催化劑的光催化制氫速率以及循環(huán)穩(wěn)定性測試(每次循環(huán)6 h)(紅色：MnPS₃；藍色：MnPSe₃)；

b) DMPO捕獲羥基自由基的ESR信號；

c) MPX₃催化劑的分解水示意圖。

【小結】

作者合理設計了制備錳基過渡金屬硫磷化物的新路線。對CVD生長條件優(yōu)化后，MnPS₃和MnPSe₃納米片已成功生長于柔性碳纖維基底上。作者首先從理論上推測直接帶隙的MnPX₃納米片具有光催化活性，之后從實驗上證實其具有太陽光催化活性。這項工作可以為新興的MPX₃二維材料在催化分解水和其他光電器件領域尋求突破打下基礎。

文獻鏈接： High Crystal Quality 2D Manganese Phosphorus Trichalcogenide Nanosheets and their Photocatalytic Activity?(Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201800548)

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