岛津XPS用户成果分享丨原位光照XPS表征CdSe纳米棒@Ti₃C₂ MXene纳米片复合光催化剂

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太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁可再生等特点，有望成为化石燃料的替代能源之一，半导体光催化因其成功将太阳能转化为所需的化学能而引起了研究者极大的兴趣。光催化制氢是将太阳能转化为化学能的最重要途径之一，而其关键技术在于开发高效、高稳定性、低成本的光催化剂。本期岛津XPS 用户成果分享主要介绍复旦大学化学系戴维林教授研究团队近期在光催化领域研究的一些进展及XPS测试技术在其中的应用。

团队介绍---戴维林教授团队

复旦大学化学系教授，博士生导师。主要研究领域为新型催化材料的构筑及其在能源、环境、精细化学品合成及太阳能光催化等领域的应用。曾获上海市曙光学者称号。以第一或通讯作者在化学及材料领域著名期刊ACS Catal., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A., Appl. Catal. B: Environ., Green. Chem., J. Catal., ACS Sustain. Chem. Eng., Chem. Commun., J. Hazard. Mater.等发表SCI论文170余篇，多篇论文入选全球1% ESI 高被引用论文，总引用次数10890余次，H-index 56，获中国发明专利33项。2014-2023连续入选Elsevier公布的化学领域中国大陆高被引学者榜单，2023 年度入选斯坦福大学及 Elsevier 发布全球化学学科 2%顶尖科学家榜单，在国际上产生了一定的影响。目前担任多个学术刊物的编委。

成果简介: CdSe@Ti3C2 MXene复合材料实现高效光解水产氢

复旦大学戴维林教授课题组设计了一种CdSe纳米棒@Ti3C2 MXene纳米片复合光催化剂，并结合SPM（扫描探针显微镜）及原位光照XPS（X射线光电子能谱）结果进行相关机理探讨，为进一步开发高效稳定的光催化体系提供了研究思路。岛津公司参与该项研究工作，相关合作成果发表于光催化领域国际知名SCI期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（IF=22.1）上。

      研究工作利用原位水热技术构建了由Ti3C2 MXene纳米片和CdSe纳米棒组成的二元异质结，通过光催化产氢活性测试发现，在可见光下，CdSe-Ti3C2 MXene（以下简称CdSe-MX）的最佳氢生成活性比原始CdSe高近6倍。图1给出了CdSe-MX复合材料与纯CdSe的各元素高分辨XPS谱图，相较于纯物质，复合后各组分结合能的移动可反映出复合材料之间存在电子转移作用，一般失去电子的一方结合能升高，反之则降低。图1（a、d）中，与纯MXene相比，CdSe-MX的C 1s中归属于C-Ti峰的结合能以及Ti 2p中Ti-C 2p3/2的结合能位置均降低；相应地，与纯CdSe相比，CdSe-MX的Se 3d5/2结合能以及Cd 3d5/2结合能位置均升高。以上结果表明CdSe-MX复合材料中电子由CdSe转移至Ti3C2 MXene表面。

图1.CdSe-MX复合材料与纯CdSe的(a) C 1s、(b) Cd 3d、(c) Se 3d、(d) Ti 2p高分辨率XPS谱图

由于真实反应体系在光照下进行，故进一步采用原位光照XPS用于探索CdSe和Ti3C2 MXene之间的电荷转移，结果见图2。与黑暗条件相比，Cd 3d5/2的结合能在光照条件下正向移动0.4 eV，Se 3d 峰的结合能在光照条件下也正向移动0.3 eV。同时，Ti 2p3/2峰的结合能在可见光照射下负向移动0.2 eV。这一发现证明了在原位光照条件下，电子进一步从CdSe转移到MXene。这些XPS结果有力的证明了反应条件下的电子转移方向，验证了催化反应机理。

图2. 原位光照前后CdSe-MX的Cd 3d (a)、Se 3d (b) 和Ti 2p (c)的高分辨率XPS谱图

仪器介绍

全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于研发与制造，兼备高分辨采谱和快速平行成像功能的多技术型 X 射线光电子能谱（图3）。

·       便捷性：集样品全自动传输、全自动分析、智能数据采集处理于一体，体现了便捷性。

·        优异的性能：拥有多种 X 射线源、大半径双层能量分析器，杰出的荷电中和技术，使其获得了优异的性能。

·       丰富的扩展性：高能Ag Lα单色X射线源可有效区分光电子峰和俄歇峰并增加探测深度；搭配适应1000°C高温、3 MPa高压及模拟反应气氛的准原位催化反应池；适合不同波长和功率激光及模拟太阳光实时照射样品表面，在样品分析室进行原位光催化反应的光纤系统。

图3 复旦大学化学系X射线光电子能谱仪

参考文献：Huajun Gu, Huihui Zhang, Xinglin Wang, Qin Li, Shengyuan Chang, Yamei Huang, Linlin Gao, Yuanyuan Cui, Renwei Liu, Wei-Lin Dai*. Appl. Catal. B: Environ., 2023, 328, 122537.

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