空穴牺牲剂与ZnIn
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配位相互作用在光催化析氢中的关键作用
第一作者：奚宁，Egon Campos dos Santos
随着能源危机和环境污染问题日益严峻，开发清洁能源技术成为全球关注的焦点。光催化水分解制氢作为一种利用太阳能生产清洁氢燃料的策略备受瞩目。在众多光催化剂中，ZnIn₂S₄因具有可调节的带隙、低毒性和易合成等优点脱颖而出，但光生载流子分离和迁移缓慢的问题限制了其光催化效率和实际应用。使用空穴牺牲剂可以显著提高光催化析氢效率，因为这些易氧化试剂能够快速消耗光生空穴，从而大大抑制电子-空穴对的复合，并稳定光催化剂以防止其发生氧化。空穴牺牲剂在光催化析氢反应（HER）中至关重要，然而，其选择原理在不同光催化体系中存在争议，深入研究光催化剂与空穴牺牲剂之间的固液界面作用机制，对于合理选择空穴牺牲剂意义重大。
基于此，
山东大学于小雯教授、桑元华教授、刘宏教授团队
在国际知名期刊
Nano Energy
上发表题为
“The Critical Role of Coordination Interaction between Hole Scavenger and ZnIn₂S₄ for Photocatalytic Hydrogen Evolution”
的研究论文。该研究通过实验和理论计算相结合的方法，系统研究了 10 种常见空穴牺牲剂对 ZnIn₂S₄光催化 HER 性能的影响，发现光催化析氢效率与空穴牺牲剂和 ZnIn₂S₄的配位相互作用相关，为光催化体系中空穴牺牲剂的合理选择提供了重要依据。
图1. 十种空穴牺牲剂在 ZnS (001) 和 InS (001) 表面的吸附能及配位构型，以及计算的吸附能与实验观测的 ZnIn₂S₄ 在不同空穴牺牲剂下的析氢速率的线性关系。
要点一：不同空穴牺牲剂对 ZIS 光催化析氢性能的影响
采用简单的水热法合成了 ZnIn₂S₄ （ZIS）光催化剂，合成的 ZIS 为纳米片组装的纳米花结构，具有高结晶度，带隙约为 2.38 eV。以 ZIS 为模型光催化剂，研究了多种常见空穴牺牲剂（如 Na₂S/Na₂SO₃、TEOA、EDTA、MeOH、Gly 等）对其光催化 HER 性能的影响。实验发现，不同空穴牺牲剂存在下，ZIS 的光催化析氢速率差异显著。其中，以 TEOA 为空穴牺牲剂时，ZIS 的光催化析氢速率最高，达到 226.67 μmol h⁻¹ ，远超其他空穴牺牲剂体系。且实验结果与传统认为的氧化还原电位影响光催化效率的观点不同，表明在 ZIS 催化体系中，存在其他关键因素影响光催化 HER 性能。
要点二：TEOA 和ZIS的配位相互作用对光催化性能的影响
通过系列对照实验，探究了 TEOA 与 ZIS 之间的相互作用。实验结果表明，TEOA 与 ZIS 之间存在强配位作用，光照下 TEOA 更倾向于以去质子化状态与 ZIS 配位，这种配位作用抑制了电荷复合，延长了电荷寿命，促进了光催化析氢反应。理论计算和 ¹H NMR 光谱进一步证实了这一结论。此外，负载 2 wt% Pt 作为助催化剂后，TEOA 与 ZIS 之间的配位作用依然存在，且负载Pt提高了光催化析氢效率和表观量子效率。
利用 X 射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究了不同空穴牺牲剂与 ZIS 之间的配位相互作用。XPS 结果显示，在TEOA作为空穴牺牲剂反应后的ZIS，Zn 2p、In 3d 和 S 2p 光谱的红移最大，即TEOA 与 ZIS 之间的相互作用最强。FT-IR 光谱表明，TEOA 与 ZIS 配位后，其 O-H 和 C-O 基团的振动峰发生红移，进一步证明了二者之间的配位作用。与其他空穴牺牲剂相比，TEOA 与 ZIS 的配位作用更强，这与光催化析氢性能的实验结果一致。
采用密度泛函理论（DFT）计算了不同空穴牺牲剂在 ZIS 表面的吸附能（AE），使用吸附能作为关键指标来量化这种配位相互作用。发现计算的吸附能与光催化析氢速率之间存在线性关系。对 10 种空穴牺牲剂的研究表明，该线性关系具有较高的相关性（R² = 0.96），且对其他光催化剂（如 CdS）也适用，说明吸附能即空穴牺牲剂和光催化剂之间的配位相互作用是影响光催化 HER 性能的重要因素。通过单线性拟合和多线性拟合分析发现，吸附能是影响 ZIS 光催化剂析氢速率的主要因素，其次是电荷转移，二者可有效描述空穴牺牲剂与 ZIS 之间的配位相互作用以及析氢速率。
该研究打破了传统认知，明确了空穴牺牲剂与光催化剂配位相互作用对光催化析氢效率的影响，为光催化体系中空穴牺牲剂的选择提供了新的理论指导。这将有助于科研人员更精准地设计和优化光催化反应体系。
The Critical Role of Coordination Interaction between Hole Scavenger and ZnIn
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for Photocatalytic Hydrogen Evolution
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110750
桑元华，山东大学晶体材料研究所教授，博士生导师，国家优青
。2012年获山东大学博士学位，加入山东大学晶体材料国家重点实验室，2016年晋升副教授，2016年美国凯斯西储大学访问学者一年，2020年评为齐鲁青年学者，教授。作为项目负责人承担了包括重点研发专项-政府间科技合作项目、国家自然基金面上和青年项目和省重大创新工程课题、省联合基金等，作为第一作者或者通讯作者在包括
Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., ACS Energy Lett., Nano Energy,等
国际重要学术期刊上发表40余篇，合作论文70余篇，EIS高被引论文11篇，个人H因子达到37，获得发明专利12项。近三年，在主要针对宽光谱太阳光响应的光催化材料进行研究，利用异质结构构建、能带调控等手段，开发具有近红外光响应的光催化纳米材料，从而构建全光谱响应的催化剂，并开展光催化技术的工业化应用基础研究，与合作单位嘉兴瑞奕环保科技有限公司共同开发了光催化剂产品，并开始构建污水处理一体化设备，在光催化技术工业化应用上取得了显著的进展。2019年获得山东省杰出青年基金，同年获得山东省自然科学一等奖（第二完成人）。
刘宏，山东大学晶体材料国家重点实验室，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。
中国硅酸盐学会晶体生长分会理事，中国光学学会材料专业委员会会员理事，中国材料研究学会纳米材料与器件分会理事。主要研究方向：组织工程与干细胞分化、生物传感与体外诊断、光电材料与纳米能源等。十年来，主持了包括十五、十一五、十二五863、十三五国家重点研发项目和自然基金重点项目在内的十余项国家级科研项目，取得了重要进展。2004至今，在包括
Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci., 等
学术期刊上发表SCI文章400余篇，其中，影响因子大于10的超过110篇，个人文章总被引次数超过23000次，H因子为72，40余篇文章被Web of Science的ESI选为高被引用论文，文章入选2013年中国百篇最具影响国际学术论文、2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018、2019、2020连续三年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。应邀在化学顶尖期刊Chemical Society Review和材料顶尖期刊Advanced Materials和 Advanced Energy Materials上发表综述性学术论文，在国际上产生重要影响。授权专利40余项，有关生化传感器研究在山东大学进行了千万元成果转让，与企业合作进行产业化生产。2019年获山东省自然科学奖一等奖。
于小雯，山东大学晶体材料国家重点实验室，教授，博士生导师。
山东大学齐鲁青年学者第一层次。2013年在北京化工大学高分子材料与工程系获工学学士学位，2018年在清华大学化学系获理学博士学位，2018年至2021年在斯德哥尔摩大学从事博士后/研究员工作。2022年1月入职山东大学晶体材料研究院。主要研究方向为催化剂设计和光电催化绿色合成，相关工作发表在
Nat. Rev. Mater.，Chem. Soc. Rev.，Adv. Energy Mater.，ACS Energy Lett.，Adv. Funct. Mater.等
国际知名期刊上，累计40余篇，总被引次数超过3000余次。主持国家自然科学基金、山东省优青青年科学基金（海外）、山东省泰山学者青年专家等项目。
职位名称：
山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏/于小雯教授课题组诚聘催化理论计算方向博士后
一、招收条件
2.
近3年或即将在国内外高水平大学或科研机构获得博士学位，年龄不超过35周岁；
5.
在山东大学全职从事博士后研究工作不少于21个月；
二、薪酬待遇
（一）
综合年薪不低于26万元/人（税前），资助期限一般为2年。
（二）
学校现有四所附属医院及多家附属中小幼教，能够为人事关系转入我校的博士后提供优质的医疗保健服务和基础教育服务。
（三）
博士后在站期间按在职教师同等标准缴纳社会保险和住房公积金，与在职教师享有同等的图书及科研资源。
（四）
学校为符合条件的博士后提供博士后公寓优惠租住，不租住博士后公寓的，享受每月800元租房补贴。
（六）
额外享受学校驻地济南市博士后人才政策补贴。
（济南市博士后基础生活补贴政策：每人每年5万，最长补助3年。对已全职 在岗（站）工作满 2 年的，可同时申请享受 2 年 10 万元生活补助。出站后留鲁工作可享受每人15万元一次性生活补贴。以上为基本补贴政策，优者可享受更高待遇。申请条件可查询：
《济南市人才政策“双30条”指引》
（
http://rc.jinan.gov.cn/read.jsp?md=3&infoId=2421
），
《青岛市促进博士后聚青创新创业实施细则》
（
https://hrss.qingdao.gov.cn/zcfg_47/zcwj_47/202206/t20220613_6134451.shtml
）
三、相关规定
（一）
须将人事关系转入我校，全脱产从事博士后研究工作。
（二）
博士后考核分为中期考核与出站考核，各项考核由所在流动站组织实施。
（三）
特别资助类博士后期满达到培养要求可转聘相关学科教师岗位，也可参与齐鲁青年学者等人才项目的选拔。
四、发展路径
1.
国资计划A档（博新）：两年56万元日常经费+8万元科研经费，入选者直接列入学校卓优博士后支持计划；
2.
国资计划BC档：B档两年36万元日常经费，C档两年24万元日常经费；
