实验结果表明,在可见光照射下,最佳的Ni1/ZIS光催化剂从HMF到2, 5-二甲酰基呋喃(DFF)产物的选择性达到97%,在420 nm处的表观量子产率(AQY)高达0.88%;同时DFF和H2产率分别为394 μmol g-1 h-1和342.2 μmol g-1 h-1,优于大多数文献报道的光催化剂。此外,Ni1/ZIS在连续五个循环反应过程中没有发生明显的活性下降,变现出优异的反应稳定性。
其中,原子分散的Ni可以聚集光生空穴,光生空穴激活H2O以产生H2O2,随后分解产生•OH自由基;并且,HMF与Ni位点之间的相互作用较强,形成的光生空穴和•OH自由基可以选择性氧化HMF形成DFF产物。此外,ZIS载体上的S原子上的*H吸附能较低,析氢反应(HER)优先在该位点发生。因此,原子分散的Ni是HMF氧化的活性中心,而S中心负责H2析出。
综上,这项工作突出了原子分散的Ni中心在ZIS纳米片上的独特作用,为开发通过人工光合作用同时从生物质资源高附加值的化学品和H2生产的光催化系统提供了指导。
Visible-light-driven highly selective 5-hydroxymethylfurfural upgrading and H2 generation via atomically dispersed Ni sites on ZnIn2S4 nanosheets. ACS Catalysis, 2024.