有效地将电能和太阳能转化为可持续的绿色能源已被认为是替代迅速减少的化石燃料和实现环境修复的理想途径。电催化水分解和光催化析氢反应因其成本低、环境友好、可持续发展、转化效率高等特点而受到广泛关注。众所周知，电催化水分解主要涉及HER和OER两个半反应。HER通常涉及Volmer-Heyrovsky或Volmer-Tafel机制，碱性条件下OER涉及四个主要步骤。然而，由于反应中间体的吸附和解吸行为太弱或太强，电催化反应的动力学过程往往受到限制。同时，PHE活性普遍受到迁移过程中固有的强载流子重组和缺乏触发反应活性位点的影响。活性位点的电子分布、结构和吸附行为是影响光/电化学反应动力学速率的关键因素。本工作通过氮掺杂碳化钼(Mo2C)中形成了丰富的Mo边缘活性位点，利用Mo2C-N作为助催化剂增强了ZIS的PHE/HER/OER活性。

【文章简介】

近日，中国石油大学（华东）于濂清教授，在国际知名期刊Applied Catalysis B-Environmental and Energy上发表题为“Design for All-round PHE/HER/OER Sandwich Nanostructure Catalyst: Ultrathin nanosheet ZnIn2S4-Encapsulated Rich-Mo Edge Active Site Mo2C-N Schottky Junction”的文章。本工作揭示了Mo2C-N/ZIS肖特基结通过构建局部电场和丰富的边缘活性位点加速了电荷迁移和降低中间体和催化剂的反应能垒，有效地增强PHE/HER/OER活性。研究为设计高性价比的PHE/HER/OER及其他相关能源转化的助催化剂提供了创新思路。

图1. 氮掺杂碳化钼(Mo2C)中形成了丰富的Mo边缘活性位点，利用Mo2C-N作为助催化剂增强了ZnIn2S4 (ZIS)的析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和光催化析氢反应(PHE)。

【本文要点】

要点一：氮掺杂碳化钼(Mo2C)中构建了丰富的Mo边缘活性位点， Mo2C-N作为助催化剂增强了ZnIn2S4 的PHR/HER/OER活性。

在不加任何碳源下，MoO3在高温下相转换得到的a-MoO3@Mo9O26呈现表面光滑的二维纳米片层。而Mo2C-N在高温和Ar气氛下煅烧时，构建了丰富的微观孔隙结构，表明微观形貌和活性位点可以通过相变过程和碳源进行调节。Mo2C-N/ZIS呈现出具有周期性蜂窝孔结构的夹层纳米结构，形成了良好的异质界面，充分利用了Mo2C-N/ZIS夹层纳米结构的优势，促进了载流子在催化剂中的快速传递

要点二：Mo2C-N耦合ZnIn2S4形成了肖特基结夹层纳米结构

超薄2D纳米片自组装成多孔花状的ZIS，并均匀地封装在2D Mo2C-N表面。通过构建局部电场和丰富的边缘活性位点加速了电荷迁移和降低中间体和催化剂的反应能垒，具有双重电荷传输渠道 ，有效地增强PHE/HER/OER活性。肖特基结中的光生载流子由于具有“双转移路径”，可以有效地减少光生电子-空穴对的复合，有利于形成空间电荷分离区。因此，Mo2C-N作为一种很有前途的助催化剂，在调节带隙和光生载流子的分离，减少ZIS的体积和表面复合方面起着至关重要的作用。

要点三：揭示了光催化析氢、电催化析氢/析氧的反应机理。

由于界面肖特基势垒的作用，ZIS导带附近的光生电子很难沿肖特基结迁移到Mo2C-N表面，而ZIS价带的光生空穴可以转移到Mo2C-N表面，形成空间电荷分离区域。此外，表面或体电荷在肖特基结下有效地抑制了重组，这为H2O的分解和表面氧化还原反应提供了更多的活化位点。更重要的是，引入的N原子修饰和调节了Mo2C的电子结构，激活了边缘Mo，为捕获高活性的富Mo边缘原子作为高效PHE提供了潜在的支撑。Mo2C-N/ZIS的PHE为6.71 mmol g-1·h-1，是ZIS的0.41 mmol g-1·h-1的16.37倍。Mo2C-N/ZIS表现出超高的HER/OER活性, 在电流密度为10 mA·cm-2时，过电位分别低至为74 mV （HER）/250 mV （OER）。