近日,，在ACS Applied Energy Materials雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員通過在被金-聚乙烯亞胺（Au-PEI）包圍的水性介質(zhì)中一步法制備了新型Au/K_4?x H_x Nb₆O₁₇納米復(fù)合材料,。它是通過利用_{Au/K4?x Hx Nb6O17}納米片插層來固定Au-PEI納米顆粒,，所制備的納米復(fù)合材料已成功應(yīng)用于光誘導(dǎo)析氫。

在過去的幾十年里,，人們對通過結(jié)合金屬納米顆粒和金屬氧化物來生產(chǎn)高性能光催化劑進行了廣泛的探索,。半導(dǎo)體相帶隙激發(fā)收集光，金屬納米顆粒首先作為電子受體,，然后在充當催化表面的同時促進還原反應(yīng),。

鉑（Pt）等貴金屬已被大量用作析氫的催化表面。然而,，由于半導(dǎo)體在可見光區(qū)域的光敏性,，金（Au）納米粒子受到了極大的關(guān)注。目前廣被接受的其他替代方案包括相對豐富的Cu 0的復(fù)合材料,。

隨著Niobates鈮酸鹽等二維半導(dǎo)體的興起,，也出現(xiàn)了新型利用層間固定化技術(shù)，此外鈮酸鹽也以其化學穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)多樣性而聞名。

試驗內(nèi)容

在該項研究中,，研究人員最初使用固相反應(yīng)方法從K₂CO₃和 Nb₂O₅制備K₄Nb₆O₁₇ .3H₂O,，剝離的六鈮酸鹽納米片用HNO₃沉淀，然后制備Au-PEI納米顆粒作為膠體懸浮液,，顆粒的平均直徑為13納米,。通過將剝離的六鈮酸鹽懸浮在100 mL去離子水中，攪拌24h使pH值穩(wěn)定,，將Au納米粒子吸附到六鈮酸鹽納米片中,。

此外，使用光沉積方法,，用普通Pt和Au納米粒子對六鈮酸鹽納米片進行修飾,。這是為了測試Au-PEI納米復(fù)合材料的光催化性能。在pH值為2到11之間測量樣品,，使用NaOH和HCl溶液調(diào)節(jié)pH值,。在298K條件下，在與恒溫槽相連的18 mL隔膜密封硼硅酸鹽雙壁反應(yīng)器中進行析氫試驗,。

研究結(jié)果

金納米粒子嵌入六鈮酸鹽片內(nèi)的主要原因是兩種材料的相互電荷補償,。當納米復(fù)合材料在7到9的pH范圍內(nèi)形成時，Au-PEI和六鈮酸鹽分別帶正電荷和負電荷,，這使它們之間的靜電吸引力最大,。

拉曼光譜和X射線衍射（XRD）表明，由于Au-PEI納米顆粒嵌入其中,，納米片的結(jié)構(gòu)沒有改變,。在紫外可見光下，研究了Au-PEI/六鈮酸鹽納米復(fù)合材料在20%v/v甲醇/水混合物中的析氫情況,，并與含有金和鉑納米顆粒的光沉積六鈮酸鹽樣品進行了比較,。

與光沉積Au/六鈮酸鹽相比，Au-PEI-六鈮酸鹽納米復(fù)合材料的析氫速率略高,。據(jù)推斷,，Au-PEI/六鈮酸鹽復(fù)合材料上的PEI層在物理上阻止了質(zhì)子向上擴散到Au表面，從而降低了檢測到的析氫速率,。雖然在Au-PEI復(fù)合材料中觀察到這種減少為30%,，但在光沉積復(fù)合材料中觀察到的析氫減少高達96%，從而證實前者在光催化條件下更穩(wěn)定,。

主要結(jié)論

總而言之,，該團隊通過一步綠色工藝成功地制備了Au-PEI/六鈮酸鹽納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),，這些復(fù)合材料比不含聚乙烯亞胺（PEI）且通過光沉積制備的復(fù)合材料更穩(wěn)定。

基于詳細的光譜和形貌研究，光催化劑通過使用Au-PEI納米顆粒提高了穩(wěn)定性,，質(zhì)子化PEI鏈與六鈮酸鹽表面產(chǎn)生強烈的靜電相互作用,。含有金納米粒子的金屬氧化物光催化劑因其不穩(wěn)定性而聞名。顆粒團聚和浸出至液相是導(dǎo)致光活性損失的兩個主要因素,。然而,，Au-PEI/六鈮酸鹽復(fù)合材料的浸出損失小于10%，沒有結(jié)塊跡象,。

參考文獻：Higor O. Alves, Brenda S. D. Frachoni, Barbara N. Nunes, Priscila R. Teixeira, Roberto M. Paniago, Detlef W. Bahnemann, et al., Highly Stable Au/Hexaniobate Nanocomposite Prepared by a Green Intercalation Method for Photoinduced H2 Evolution Applications, ACS Applied Energy Materials, https://pubs./doi/10.1021/acsaem.2c00918