ACS Catalysis：构建核壳结构β-SiC@PPCN异质结，促进光热催化水分解制氢

氢是替代化石燃料的最清洁能源载体，在优化全球能源结构和实现碳中和方面发挥着关键作用。光催化制氢被认为是将太阳能转化为氢气的一条有吸引力的绿色途径。近年来，聚合物氮化碳(PCN)由于具有合适的带隙、易于合成和优异的光催化活性而受到广泛关注。

并且，与金属氧化物半导体相比，它具有无金属、成本低、可见光响应、无毒、物理化学稳定性高等优点。然而，由于光生载流子迁移缓慢和复合严重，纯PCN的光催化效率仍不理想。因此，要实现高效的太阳能制氢，仍然需要进一步提高光生载流子的分离和转移效率。

近日，重庆大学陈蓉课题组制备了一种以β-SiC为核，聚合物氮化碳(PPCN)为壳的β-SiC@PPCN核壳结构光热催化剂，用于高效光热催化水分解产氢。结果表明，与纯PPCN和β-SiC相比，β-SiC@PPCN异质结在室温下具有更高的产氢速率(6770 μmol g^-1 h^-1)；当β-SiC@PPCN异质结上同时发生光催化和热催化时，产氢速率进一步提高到13046.7 μmol g^-1 h^-1。

此外，β-SiC@PPCN在λ= 365 nm处的表观量子产率(AQY)为2.89%，具有优异的单色光光催化活性；同时，其经历5次光催化剂循环后的产氢性能没有发生明显衰减，表现出优异的反应稳定性。

理论计算和机理实验结果显示，最优的β-SiC-50@PPCN异质结界面光生载流子转移的增强和吸附水的活化共同促进了光热催化制氢。具体而言，以PPCN为壳、β-SiC为核的核壳结构，不仅增强了β-SiC的稳定性，而且在PPCN和β-SiC之间产生了内建电场，从而增强了光生载流子的传输，延长了载流子的寿命。同时，由于异质结的形成，水分解的能垒从2.6 eV降低到1.6 eV，而氢的脱附则向放热反应方向移动，这在热力学上是有利的。

另一方面，核壳结构的β-SiC-50@PPCN异质结的产氢性能也受运行温度的影响较大。在60 °C以下，温度的升高主要有助于电子和空穴的分离，抑制复合；60 °C以上，温度升高主要是吸附水的活化，水分子解离的能垒可以从1.6 eV进一步降低到1.3 eV。综上，β-SiC-50@PPCN异质结的构建对于抑制光生载流子复合和降低吸附水的表观活化能具有重要意义。

Core–Shell β-SiC@PPCN Heterojunction for Promoting Photo-Thermo Catalytic Hydrogen Production. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02053