第一作者：王平
通訊作者：金永東
通訊單位：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
研究?jī)?nèi)容：
半導(dǎo)體幻數(shù)納米團(tuán)簇由于其獨(dú)特的化學(xué)和光物理性質(zhì)而引起了極大的興趣，但對(duì)其應(yīng)用的研究仍然相當(dāng)有限。該研究采用了CdSe幻數(shù)納米團(tuán)簇作為光生氫的光能吸收劑，在相同的條件下，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)Cd、CdSe、Cd /CdSe和CdSe/ Cd相比，該納米團(tuán)簇具有更好的光催化性能。光致發(fā)光壽命和瞬態(tài)吸收研究表明，優(yōu)異的活性主要?dú)w因于較長(zhǎng)的激發(fā)電子壽命和從納米團(tuán)簇到助催化劑的快速電子轉(zhuǎn)移。此外，通過(guò)將 Zn2+錨定在納米團(tuán)簇表面可以顯著抑制反應(yīng)過(guò)程中的不穩(wěn)定性問(wèn)題,這使得析氫的平均效率為0.61 ± 0.07 mL·h?1·gcatalyst?1即27.3 ± 2.9 mmol·h?1·gcatalyst?1，在12 小時(shí)光照下保持 95.2% 的原始活性。
要點(diǎn)一：
CdSe 幻數(shù)納米團(tuán)簇首次成功應(yīng)用于可見光照射下的有效光催化產(chǎn)氫。與其他常規(guī)量子點(diǎn)(如CdSe、CdS、CdS@CdSe和CdS)相比，在相同的條件下， CdSe幻數(shù)納米團(tuán)簇表現(xiàn)出了更好的催化活性，這可能是由于CdSe納米團(tuán)簇具有更長(zhǎng)的激發(fā)電子壽命和更快的電子轉(zhuǎn)移速度。
要點(diǎn)二：
在光催化過(guò)程中幻數(shù)納米團(tuán)簇 (MSCs) 令人不安的不穩(wěn)定性問(wèn)題可以通過(guò)簡(jiǎn)單地將Zn2+引入系統(tǒng)中得到顯著緩解，在連續(xù)光照12 h后保持原始活性的95.2%。該研究結(jié)果拓寬了半導(dǎo)體 MSCs 的潛在應(yīng)用，并有望引起人們對(duì)將半導(dǎo)體 MSCs 用于各種光催化應(yīng)用的興趣。
圖1 (a) CdSe MSC-422 水溶液的 UV-vis 和 PL 光譜，插圖顯示了 365 nm 光照射前后的相應(yīng)照片。(b) CdSe MSC-422 的 AFM 圖像和 AFM 圖像中所示的三個(gè)不同區(qū)域的高度剖面。合成后的 CdSe MSC-422 的 (c) TEM 和 (d) HRTEM 圖像。放大的圖像顯示了 HRTEM 圖像中相應(yīng)的虛線圓圈區(qū)域，比例尺分別為 (c) 20 nm 和 (d) 5 nm。(e) CdSe MSC-422、標(biāo)準(zhǔn)纖鋅礦和 CdSe 鋅共混相的 PXRD 圖。插圖顯示了用于相應(yīng)測(cè)量的 CdSe MSC-422 粉末的照片。(f) CdSe MSC-422和L-Cys的FTIR光譜。
圖2 (a) 不同組分體系光生H2量隨光照 (420 nm) 時(shí)間的變化。(b)不同樣品反應(yīng)溶液的 RH2 (紅色、藍(lán)色和綠色柱分別代表催化劑的 Cd 含量、質(zhì)量和表面積)。(c)反應(yīng)溶液中加入不同數(shù)量的CdSe MSC-422 (Cd含量)(紅色)和相應(yīng)的RH2(催化劑質(zhì)量)后，H2光生初始速率(記錄于1h)。
圖3 (a) CdSe MSC-422（紅色）和 CdSe/CdS（以 L-Cys 為上限）（藍(lán)色）的 PL 壽命衰減曲線。(b) 分別以 AA 和 Ni2+ 作為猝滅劑的 CdSe MSC-422 和 CdSe/CdS（以 L-Cys 為上限）的 Stern Volmer 圖。插圖是 CdSe MSC-422 的PL強(qiáng)度隨 Ni2+ 濃度的增加（高達(dá) 26 mM，3.0 mL）的變化。(c) 繪制含Ni2+的CdSe MSC-422水溶液在N2氣氛下的TA光譜圖。(d)在無(wú)Ni2+和有Ni2+的溶液中，CdSe MSC-422激發(fā)態(tài)在433 nm處的TA動(dòng)力學(xué)比較。
圖4 (a)不加入和加入不同量Zn2+時(shí)反應(yīng)溶液中RH2/Cd隨光照時(shí)間的變化。(b) CdSe MSC-422在無(wú)Zn2+和有Zn2+照射12 h前后的紫外可見光譜，以及反應(yīng)溶液的相應(yīng)照片。(c) 分別在不存在或存在 Zn2+ 的情況下，CdSe MSC-422 在照射12 h之前和之后的價(jià)帶光譜。(d)不同條件照射12h后，反應(yīng)溶液中沉淀和上清液的ICP-OES結(jié)果。
參考文獻(xiàn)
Ping Wang, Qingqing Yang, Chen Xu, Bo Wang, Huan Wang, Jidong Zhang, and Yongdong Jin. Magic-sized CdSe nanoclusters for efficient visible-light-driven hydrogen evolution. Nano Research. 2022, https://doi.org/10.1007/s12274-021-3983-x.
