金属硫属化物在肼/硫的混合溶剂中的溶解可以产生高质量、大面积的半导体薄膜。但是肼具有高毒性、爆炸性和致癌性，使其工业化变得困难。Brutchey等人用二胺/二硫醇的混合物溶解V2VI3硫属化合物并获得高质量的化合物薄膜，但二硫醇具有恶臭气味，所有操作只能在手套箱中进行，带来了严重的可扩展性挑战。因此，人们迫切需要一种新型的绿色溶剂溶解本体金属硫属化合物半导体。

　　低共熔溶剂（DESs）具有制备简单、廉价和无毒的优点，已用于催化、有机合成、溶解和分离、电化学和材料化学等多个领域。然而，用于溶解金属硫属化合物半导体的DESs很少报道。

　　近日，中国人民大学的牟天成（点击查看介绍）团队提出了一种用于溶解九种V2VI3硫属元素化物的新型DES。其中氢键供体采用甲基硫脲（MTU），而氢键受体则采用1,5-二氮杂双环[5.4.0] -5-十一碳烯（DBU）。上图描述了九种硫属元素化物的溶解和用于可见光驱动氢析出的溶液处理策略。

　　他们使用三乙醇胺（TEOA）作为牺牲电子供体，在可见光（420-760 nm）的照射下对再生的Sb2S3进行光催化H2产率的测试，下图显示了溶液加工处理之前和之后光催化析氢效率的比较。氢气量随时间稳定增加，再生的Sb2S3（436 μmol•L-1•h-1）与原始的Sb2S3产氢效率（51 μmol•L-1•h-1）相比，效率提高8.5倍，表明溶剂化处理工艺可以作为提高H2产生效率的有效策略。平均量子产率和太阳能-氢能转换效率分别达到15.57%和9.02%，在现有Sb2S3基光催化剂中最高。

　　这项工作提供了一种环境友好的DES（DBU/MTU），用于溶解和再沉积九种V2VI3硫属元素化物。其中，锑和铋的化合物在退火后可得到纯相材料。沉积的膜具有均匀且致密的小尺寸纳米颗粒。这种绿色溶剂可以扩展到溶解/再沉积其它硫属化物材料，并且再生的材料在光催化的其它领域具有应用潜力，例如光催化CO2还原和N2固定。

　　这一成果近期发表在Green Chemistry 上，文章的共同第一作者是中国人民大学的博士研究生王晋芳和牟红宇。

　　该论文作者为：Jinfang Wang, Hongyu Mou, Rong Li, Yan Li, Debao Wang, Zhimin Xue and Tiancheng Mu

　　原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

　　Solution Processing V2VI3 Chalcogenides with Deep Eutectic Solvent for Enhanced Visible-Light-Driven Hydrogen Production

　　Green Chem., 2018, DOI: 10.1039/C8GC03085E

　　牟天成博士简介

　　牟天成，中国人民大学化学系副教授；2004年于中科院化学所取得博士学位，2005至2006年在德国奥登堡大学工业化学系从事DFG项目研究，2004年7月起就职于中国人民大学；现担任英国皇家化学会期刊RSC Advances 的Associate Editor、《过程工程学报》第四届编委、中国化学会绿色化学专业委员会委员、中国化学会化学热力学与热分析专业委员会委员、中国化工学会离子液体专业委员会委员、中国化工学会超临界流体专业委员会委员、北京分析测试技术学会常务理事、北京热分析学会副理事长等。

　　牟天成博士团队专注于绿色化学在能源、环境、催化和先进材料制造领域的应用，目前主要的研究领域包括（1）用于电能储存、环境污染处理和光电催化的先进材料的绿色合成；（2）设计环保溶剂作为传统有机溶剂的替代品，实现反应物的有效转化和产品的快速分离；（3）利用现代绿色工艺理论和方法对天然产物（生物大分子）进行有效处理；（4）离子液体、低共熔溶剂、超临界二氧化碳等绿色溶剂的理化性质和前沿应用。

　　牟天成

　　https://www.x-mol.com/university/faculty/14881

　　课题组主页

　　http://chem.ruc.edu.cn/mugroup/index.php/2019/01/02/home/

　　科研思路分析

　　Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

　　A：众所周知，金属硫属化物在肼/硫的混合溶剂中溶解可以产生高质量、大面积的半导体薄膜；但是肼具有高毒性、爆炸性和致癌性，使其工业化变得困难。Brutchey等人用二胺/二硫醇的混合物溶解V2VI3硫属化合物并获得高质量的化合物薄膜，但二硫醇具有恶臭气味，带来了严重的可扩展性挑战。低共熔溶剂（DESs）具有制备简单、廉价和无毒的优点，已在催化、有机合成、溶解和分离、电化学和材料化学等领域得到广泛的应用。我们在DESs的设计合成和性质研究方面比较有经验，研究的最初目的就是为了找到无毒的DESs取代毒性较大的肼/硫（或者二胺/二硫醇）的混合溶剂溶解V2VI3硫属化合物，从而为溶解本体金属硫属化合物提供一条理想的途径。

　　Q：研究过程中遇到哪些挑战？

　　A：该研究中最大的挑战是找到合适的溶剂来溶解九种半导体硫属化物，同时控制退火条件以形成均一致密的薄膜。我们团队在绿色溶剂的设计和合成方面的经验积累起到了至关重要的作用，在光催化方面也要感谢青岛科技大学的王德宝老师提供的技术支持和合作。

　　Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

　　A：这项工作描述了一种环境友好的DES（DBU/MTU），用于溶解和再沉积九种大量的V2VI3硫属元素化物。其中，锑和铋基化合物可在退火后作为相纯材料回收。沉积的膜具有均匀且致密的小尺寸纳米颗粒。我们证明了溶液处理的半导体具有更高的光电流响应，并且在可见光照射下，再生的Sb2S3显示出增强的析氢效率。这种绿色溶剂可以扩展到溶解/再沉积其它硫属化物材料族，并且再生的材料在光催化的其它领域具有应用潜力，例如光催化CO2还原和N2固定，同时对于半导体器件的制备也会起到推动作用。

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