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利用电荷分离调控S型异质结光催化氧化产物选择性
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作者 谷苗莉 杨祎 +3 位作者 程蓓 张留洋 肖鹏 陈涛 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期185-194,共10页
半导体光催化技术为太阳能的高效利用提供了巨大的潜力.尽管众多单一半导体材料,如TiO_(2),CdS,g-C_(3)N_(4)等,已被广泛制备并用于光催化反应,但在单一光催化剂中,光生电子和空穴常因强库仑引力作用而迅速复合,导致光催化效率较低,难... 半导体光催化技术为太阳能的高效利用提供了巨大的潜力.尽管众多单一半导体材料,如TiO_(2),CdS,g-C_(3)N_(4)等,已被广泛制备并用于光催化反应,但在单一光催化剂中,光生电子和空穴常因强库仑引力作用而迅速复合,导致光催化效率较低,难以实现大规模产业化应用.针对这一问题,开发S型异质结光催化剂成为提高催化效率的有效途径之一.该异质结不仅能实现氧化还原位点在空间上的有效分离,同时保持了较强的氧化还原能力.然而,目前关于空间分离对光催化氧化产物选择性的影响研究较少.因此,深入探究S型异质结光催化剂中空间分离对产物选择性的作用机制,对于优化光催化过程、提高产物选择性具有重要意义.本文构建了具有良好暴露活性位点的2D/2D层状BiOBr/ZnIn_(2)S_(4)S型异质结(BOB/ZIS).实验发现,在纯ZnIn_(2)S_(4)体系中,由于无法实现空间上的有效电荷分离,氧还原反应(ORR)生成的H_(2)O_(2)在光生空穴的作用下进一步转化为•OH(羟基自由基),其氧化能力超过了体系中的光生空穴,导致2,5-呋喃二甲醛被过度氧化为经济性不高的产物呋喃二甲酸.在BOB/ZIS异质结中,我们实现了光生电子-空穴的有效转移和丰富的活性中心利用.ZnIn_(2)S_(4)价带上的电子通过ORR持续生成H_(2)O_(2)(1.15 mmol∙L^(-1),5 h),而BiOBr导带上的空穴则将5-羟甲基糠醛(HMF)氧化为具有高经济价值的2,5-呋喃二甲醛(有机合成中有价值的中间体).这一结果证实了S型异质结中光生电子-空穴的有效空间分离能够同时促进H_(2)O_(2)的产生和HMF的选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛.这一发现不仅揭示了S型异质结在光催化反应中的优势,还证实了其相对于传统牺牲剂的经济可行性.原位光照X射线光电子能谱、飞秒超快瞬态吸收光谱和密度泛函理论计算均证实,在BOB/ZIS界面之间构建了S型电荷转移机制,加速了光生电子-空穴对的转移动力学.此外,通过原位傅里叶变换红外光谱研究了催化剂表面HMF氧化过程中官能团的变化,不仅加深了对纯ZnIn_(2)S_(4)体系中HMF过度氧化现象的认识,还揭示了S型异质结在选择性氧化HMF和原位生成H_(2)O_(2)中的独特光催化机制.综上所述,本文构建了2D/2D层状BiOBr/ZnIn_(2)S_(4)S型异质结,不仅实现了光生电子-空穴的有效空间分离,还提高了产物选择性和光催化效率.本文通过深入研究S型异质结在光催化反应中的作用机制,为调控光催化产物提供了新的见解,并为有机合成相关反应中S型异质结的设计提供了借鉴. 展开更多
关键词 BiOBr/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结 过氧化氢制备 5-羟甲基糠醛选择性转化 转化机理
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H_(2)O及其中间体在缺电子Mn^((3+δ)+)位的自发增强吸附及其促进光催化产H_(2)O_(2)性能
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作者 尹鑫宇 石海洋 +3 位作者 王玉 王雪飞 王苹 余火根 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第10期55-57,共3页
过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而,在水氧化过程中它们对H_(2)O及其中间产物的吸附能力不足,极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中,H_(2)O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn^((3+δ)+)上的自发增强吸附可... 过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而,在水氧化过程中它们对H_(2)O及其中间产物的吸附能力不足,极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中,H_(2)O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn^((3+δ)+)上的自发增强吸附可以极大地促进水的快速氧化,从而在纯水体系中实现高效的光催化H_(2)O_(2)生成。首先,无定形MnOOH通过定向光诱导氧化方法选择性地沉积在AuPd改性的单晶BiVO_(4)光催化剂的(110)面上,从而制备了AuPd/BiVO_(4)/MnOOH光催化剂。光催化实验表明,所制备的AuPd/BiVO_(4)/MnOOH(0.5%)光催化剂的H_(2)O_(2)产生速率达到214μmol·L^(-1),并表现出良好的稳定性和重现性。密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明,MnOOH的自由电子可以有效地转移到BiVO_(4)上,诱导缺电子Mn位(Mn^((3+δ)+))的产生,从而自发地促进H_(2)O及其中间体的吸附,增强四电子WOR反应,导致H_(2)O_(2)的高效生成。本文关于助催化剂与主体催化剂之间强相互作用的工作为其它高效催化材料的合理设计提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 光催化 H_(2)O_(2)生产 MnOOH助催化剂 单晶BiVO_(4) H_(2)O吸附
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Investigating the charge transfer mechanism of ZnSe QD/COF S-scheme photocatalyst for H_(2)O_(2) production by using femtosecond transient absorption spectroscopy
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作者 Yanyan Zhao Chunyan Yang +4 位作者 Shumin Zhang Guotai Sun Bicheng Zhu Linxi Wang Jianjun Zhang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第8期258-269,共12页
Hydrogen peroxide(H_(2)O_(2))has gained widespread attention as a versatile oxidant and a mild disin-fectant.Here,an electrostatic self-assembly method is applied to couple ZnSe quantum dots(QDs)with a flower-like cov... Hydrogen peroxide(H_(2)O_(2))has gained widespread attention as a versatile oxidant and a mild disin-fectant.Here,an electrostatic self-assembly method is applied to couple ZnSe quantum dots(QDs)with a flower-like covalent organic framework(COF)to form a step-scheme(S-scheme)photocata-lyst for H_(2)O_(2)production.The as-prepared S-scheme photocatalyst exhibits a broad light absorption range with an edge at 810 nm owing to the synergistic effect between the ZnSe QDs and COF.The S-scheme charge-carrier transfer mechanism is validated by performing Fermi level calculations and in-situ X-ray photoelectron and femtosecond transient absorption spectroscopies.Photolumi-nescence,time-resolved photoluminescence,photocurrent response,electrochemical impedance spectroscopy,and electron paramagnetic resonance results show that the S-scheme heterojunction not only promotes charge carrier separation but also boosts the redox ability,resulting in enhanced photocatalytic performance.Remarkably,a 10%-ZnSe QD/COF has excellent photocatalytic H_(2)O_(2)-production activity,and the optimal S-scheme composite with ethanol as the hole scavenger yields a H_(2)O_(2)-production rate of 1895 mol g^(-1)h^(-1).This study presents an example of a high-performance organic/inorganic S-scheme photocatalyst for H_(2)O_(2)production. 展开更多
关键词 ZnSe quantum dot Covalent organic framework S-scheme heterojunction Carrier migration and separation H_(2)O_(2) production
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揭示S型电荷转移机理
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作者 余维来 别传彪 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1-3,共3页
The photoconversion efficiency of semiconductor photocatalysts is severely hindered by uncontrolled recombination of photogenerated charge carriers 1-5.Investigating charge transfer dynamics and achieving manipulative... The photoconversion efficiency of semiconductor photocatalysts is severely hindered by uncontrolled recombination of photogenerated charge carriers 1-5.Investigating charge transfer dynamics and achieving manipulative carrier separation is of great interest. 展开更多
关键词 电荷转移 CHARGE SEPARATION
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通过氟掺杂调控TiO_(2)的d带中心以增强光催化产H_(2)O_(2)活性
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作者 赵艳艳 张淑敏 +3 位作者 吴珍 朱必成 孙国太 张建军 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期219-230,共12页
光催化产双氧水(H_(2)O_(2))以太阳光、水和空气中的氧气作为原料,将光能转变为化学能,是一种绿色高效节能环保的新技术,具有较好的应用前景.光催化产H_(2)O_(2)主要包括三个关键步骤:(1)催化剂在高能入射光激发下产生光生电子和空穴;(2... 光催化产双氧水(H_(2)O_(2))以太阳光、水和空气中的氧气作为原料,将光能转变为化学能,是一种绿色高效节能环保的新技术,具有较好的应用前景.光催化产H_(2)O_(2)主要包括三个关键步骤:(1)催化剂在高能入射光激发下产生光生电子和空穴;(2)光生电子-空穴对分离并迁移到催化剂表面;(3)光生电子与催化剂表面吸附的氧气发生反应生成超氧自由基,其继续与水和光生电子反应,产生H_(2)O_(2).因此,氧气在催化剂表面吸附性能的强弱对光催化产H_(2)O_(2)的性能有着重要影响.d带中心理论表明,金属的d带能级高低决定了催化剂表面活性位点对小分子物质的吸附强度,能级越高,催化剂对小分子物质的吸附能力越强.TiO_(2)具有制备简单、无毒、理化性质稳定、导价带位置跨越多个氧化还原电位等诸多优势,在光催化生产H_(2)O_(2)领域具有较好的应用前景.提升TiO_(2)的d带中心可以提高其对小分子物质如O_(2)的吸附性能,有效提升其光催化产H_(2)O_(2)的活性.本文从氟离子掺杂提升TiO_(2)的d带中心增强对O_(2)的吸附性能入手,通过第一性理论计算、电子顺磁共振实验、飞秒瞬态吸收光谱等方法研究光生载流子的传输机理,阐明F/TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)活性增强机制,并对TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)的前景提出了展望.首先,分别以钛酸四异丙酯和氟化铵作为钛源和氟源,通过溶胶-凝胶法结合高温煅烧制得了F/TiO_(2)光催化剂.第一性理论计算结果表明,F-体相掺杂导致TiO_(2)的电荷分布不均匀,使得d带中心上移,从而增强TiO_(2)与表面吸附O_(2)的相互作用,降低表面氧的吸附能,最终提高光催化生成H_(2)O_(2)的效率.电子顺磁共振实验结果表明,晶格中F-离子的存在诱导了还原性Ti^(3+)中心的形成,这些还原性Ti^(3+)中心可以提供电荷补偿所需的额外电子.O_(2)温度程序解吸实验结果表明,F/TiO_(2)对O_(2)的化学吸附能力高于纯TiO_(2),说明较低的反键轨道占用率可以增强Ti^(3+)对O_(2)的吸附.飞秒瞬态吸收光谱结果表明,光生电子从F/TiO_(2)的导带转移到Ti^(3+)表面态和表面F-离子上,加速了光生电子和空穴的分离;光生电子与吸附在F/TiO_(2)表面的O_(2)发生反应,加速了H_(2)O_(2)的生成.光催化产H_(2)O_(2)性能实验结果表明,F-掺杂TiO_(2)后,光催化生成H_(2)O_(2)的产率由277μmol·g^(-1)·h^(-1)提高到了467μmol·g-1·h^(-1).循环实验结果表明,F/TiO_(2)使用前后形貌和晶体结构几乎没有改变,且循环实验后氧空位和Ti3+中心依然存在,说明制得的F/TiO_(2)光催化剂具有良好的稳定性.综上所述,本文借助第一性理论计算并结合实验结果,从d带中心调控的角度揭示了F/TiO_(2)光催化产H_(2)O_(2)活性提高的机理,阐明了光催化产H_(2)O_(2)的反应机制.本研究为优化光催化剂与氧气之间的吸附强度,提高光催化产H_(2)O_(2)的性能提供了一种新策略,可为后续光催化产H_(2)O_(2)技术的改进和应用提供参考. 展开更多
关键词 反键轨道 d带中心 氧吸附 电荷转移 双氧水生成
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氧化锌基梯型异质结光催化剂 被引量:1
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作者 江梓聪 程蓓 +2 位作者 张留洋 张振翼 别传彪 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期32-49,共18页
随着工业的快速发展和化石燃料的过度开发使用,能源危机和环境污染日益严重.光催化技术在能源与环境领域具有良好的应用前景,是人类社会可持续发展的有效策略之一.传统氧化锌(ZnO)光催化剂因其无毒性、良好生物相容性和低成本而备受关注... 随着工业的快速发展和化石燃料的过度开发使用,能源危机和环境污染日益严重.光催化技术在能源与环境领域具有良好的应用前景,是人类社会可持续发展的有效策略之一.传统氧化锌(ZnO)光催化剂因其无毒性、良好生物相容性和低成本而备受关注.然而,ZnO光催化性能受限于光生载流子复合严重和光生电子还原能力弱等问题.常规的改性方法,包括原子掺杂、缺陷调控、助催化剂负载等,很难兼顾载流子分离效率和氧化还原能力.相较而言,构建梯型异质结可以较好地解决上述问题.梯型异质结界面处的内建电场可以促进光生载流子的高效分离和转移,同时保留光催化体系最强的氧化还原能力,从而实现更高效的光催化反应.然而,尽管已有大量关于ZnO基梯型异质结的研究工作被陆续发表,却很少有评论性文章对该领域进行综述.因此,有必要对ZnO基梯型光催化剂的研究成果进行总结,并为这一研究方向的发展提供及时的指导.本文首先介绍了异质结的发展历程,讨论了II型异质结、传统Z型体系、全固态Z型异质结的光催化反应机理,并在此基础上指出了它们在热力学上的挑战.其次,深入分析了梯型异质结的理论基础,包括还原型半导体和氧化型半导体的选择,相互接触后的电子转移,梯型异质结中内建电场的形成,以及光激发后梯型异质结中光生载流子的分离和迁移,并诠释了梯型异质结在促进电荷载流子分离以及增强光催化体系的氧化还原能力方面的突出优势.此外,阐明了ZnO基梯型异质结的分类和设计原理.除了常见的ZnO基梯型n-n异质结,还讨论了以Zn O为还原型半导体的梯型n-p异质结以及以ZnO为氧化型半导体的梯型p-n异质结.归纳了目前ZnO基梯型异质结光催化剂的制备方法,包括水/溶剂热法、共沉淀法和静电自组装法等,剖析了这些制备方法的优缺点以及所制备的ZnO基梯型异质结的界面性质.概述了以ZnO基梯型异质结为代表的梯型异质结的表征技术,包括原位辐照X射线光电子能谱、开尔文探针力显微镜、电子顺磁共振波谱和第一性原理计算.总结了ZnO基梯型异质结近年来在不同光催化应用领域的研究进展,包括光催化环境修复、制氢、制备双氧水、二氧化碳还原、杀菌、固氮等.最后,对ZnO基梯型异质结的未来发展进行了展望,提出了其所面临的机遇与挑战,希望能为该领域带来新的启示. 展开更多
关键词 光催化 梯型异质结 氧化锌 内建电场 光催化应用
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MOF/CdS梯型光催化剂同时进行苯甲醇氧化和析氢反应及其机理研究
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作者 刘博文 蔡家杰 +3 位作者 张建军 谭海燕 程蓓 许景三 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期204-215,共12页
太阳能驱动的光催化水分解制氢是一种清洁、可持续的技术,可以减少碳排放.一般来说,光催化全解水的析氧半反应过程需要消耗四个空穴,且迟缓的反应动力学会抑制整体反应,因此光催化全解水极具挑战性.在光催化制氢中通常利用空穴牺牲剂来... 太阳能驱动的光催化水分解制氢是一种清洁、可持续的技术,可以减少碳排放.一般来说,光催化全解水的析氧半反应过程需要消耗四个空穴,且迟缓的反应动力学会抑制整体反应,因此光催化全解水极具挑战性.在光催化制氢中通常利用空穴牺牲剂来提升产氢半反应的效率.然而,这些过程会产生无用的氧化产物,造成光生空穴氧化能力的浪费,且增加了系统成本.因此,构建一个由光催化产氢和选择性有机合成相结合的双功能氧化还原体系,可同时利用光生电子和空穴,并且产物中氢气和高附加值的有机产品容易分离,因此具有较高的可持续经济效应.利用梯型异质结将两种带隙适合且能带结构匹配的光催化剂复合在一起,可以最大程度地利用两种光催化剂的氧化还原能力,为解决上述问题提供了一条理想途径.本文采用化学浴法将CdS纳米颗粒原位生长在锆基金属有机框架UiO-66-NH_(2)(U6N)上.在光照条件下,梯型异质结催化苯甲醇选择性氧化生成苯甲醛和氢气的性能大幅度提升,UC0.75(U6N/CdS理论质量比为0.75)复合物光照3 h产氢速率为630μmol·g^(-1)h^(-1),同时苯甲醇氧化为苯甲醛的选择性达到99%.原位辐照X射线光电子能谱结果表明,UC0.75梯型异质结界面的电子转移路径,在暗态下电子由CdS转移到U6N,在光照下电子由U6N转移到CdS.利用飞秒瞬态吸收(fs-TA)光谱进一步研究了异质结的载流子迁移的动力学信息,结果表明,复合样品中基态漂白信号衰减时间减少,梯型异质结界面处电子转移效率较高.此外,通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱、电子顺磁共振和同位素实验揭示了苯甲醇的氧化机理,光照下,位于U6N的光生空穴与苯甲醇相互作用,先氧化苯甲醇上的α-C产生·CH(OH)Ph,然后进一步氧化产生苯甲醛,同时,CdS上的光生电子与水中产生的H+结合产生氢气.综上,本文通过飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)光谱来阐述梯型异质结的电子转移机制,并为金属有机框架/无机物复合光催化剂的设计提供了借鉴. 展开更多
关键词 梯型异质结 光催化产氢 选择性有机氧化 超快光谱
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用于改进H_(2)O_(2)制备的1D/0D异质结的ZnIn_(2)S4@ZnO S型光催化剂
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作者 吴优 杨祎 +4 位作者 谷苗莉 别传彪 谭海燕 程蓓 许景三 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期123-133,共11页
过氧化氢作为一种绿色氧化剂,被广泛应用于食品工业、有机合成、医疗消毒和污水处理等领域.目前,大多数用于工业生产的过氧化氢是通过蒽醌法制备.传统的蒽醌法能耗高、有机副产物多、环境污染严重,因此,利用清洁的太阳能进行半导体光催... 过氧化氢作为一种绿色氧化剂,被广泛应用于食品工业、有机合成、医疗消毒和污水处理等领域.目前,大多数用于工业生产的过氧化氢是通过蒽醌法制备.传统的蒽醌法能耗高、有机副产物多、环境污染严重,因此,利用清洁的太阳能进行半导体光催化生产过氧化氢备受关注.其中,ZnO半导体因其高稳定性、无毒性、良好的生物相容性和合适的导带位置而成为一种潜在的过氧化氢生产材料.然而,单一的ZnO在光催化生产过氧化氢中面临着许多问题,如载流子分离效率低、可见光吸收弱等,从而导致其较低的光催化性能.因此,多种策略被用于解决上述问题,如掺杂非贵金属元素、晶面调控和异质结构构建等.在这些改性策略中,异质结构建被认为是提高光催化性能最有效的方法之一,特别是S型异质结因其较好的氧化还原能力和电子转移特性而备受关注.S型异质结通常由一个氧化型光催化剂和一个还原型光催化剂组成,在两者的接触界面上形成内建电场,促使无用的载流子复合,从而保留更多具有强氧化还原能力的空穴和电子,以此提高异质结光催化性能.ZnIN_(2)S_(4)具有合适的带隙和高导带位置,可以作为还原型光催化剂与ZnO构建S型异质结,从而提高光催化活性.本文首先通过静电纺丝法制备了ZnO纳米纤维,通过化学浴沉积在ZnO纳米纤维上原位生长出ZnIN_(2)S_(4)纳米颗粒,从而合成具有S型异质结结构的ZnO/ZnIN_(2)S_(4)光催化剂.由于ZnO和ZnIN_(2)S_(4)具有相同的金属元素Zn,ZnO纳米纤维中的Zn元素为ZnIN_(2)S_(4)提供了良好的原位生长位点,从而使ZnO和ZnIN_(2)S_(4)之间形成紧密接触,有利于光生载流子的分离和转移.原位XPS结果表明,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料中的In元素和S元素的结合能在光照下降低,而O元素的结合能升高.说明在光照下,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料中ZnO失去电子,而ZnIN_(2)S_(4)得到电子,这与S型异质结的电荷转移机理一致.电子顺磁共振(EPR)结果表明ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料能产生比单独ZnO或ZnIN_(2)S_(4)更强的超氧自由基和羟基自由基,说明得益于S型异质结,ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的氧化还原能力得到了提升.此外,电子顺磁共振谱和原位漫反射傅里叶变换红外光谱结果表明,基于ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的光催化双氧水合成反应是一种两步单电子氧还原过程.ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合材料的光催化双氧水生产活性得到显著提升,可以达到928μmol g-1h^(-1),超过ZnO和ZnIN_(2)S_(4)光催化双氧水生产活性的4倍.综上所述,本文合成了低维S型ZnO/ZnIN_(2)S_(4)复合光催化剂,实现过氧化氢生产性能的提升,提供了一种利用相同元素设计和制备高效S型异质结光催化剂的新思路,对异质结在光催化、电催化、太阳能电池等领域的研究起到一定的借鉴作用. 展开更多
关键词 S型异质结 过氧化氢生产 低维异质结构 原位光谱学 纳米纤维
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CdS/polymer S‐scheme H_(2)‐production photocatalyst and its in‐situ irradiated electron transfer mechanism 被引量:25
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作者 S.Wageh Ahmed A.Al‐Ghamdi +2 位作者 Omar A.Al‐Hartomy Maged F.Alotaibi Linxi Wang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期586-588,共3页
Hydrogen(H_(2))is a clean,efficient,and renewable energy with zero carbon emission,which is expected to replace the extensively used fossil fuels.Photocatalytic water splitting is a promising strategy for sustainable ... Hydrogen(H_(2))is a clean,efficient,and renewable energy with zero carbon emission,which is expected to replace the extensively used fossil fuels.Photocatalytic water splitting is a promising strategy for sustainable H2 production.Nevertheless,the performance of single‐component photocatalysts is often confined by fast electron‐hole recombination due to strong Coulombic force,and their inability to simultaneously attain a wide absorption range and enough redox capabilities.These problems can be addressed by constructing a heterojunction between two semiconductors with different Fermi levels(EF),conduction band(CB)and valence band(VB)positions.Heterojunction promotes light harvesting through light absorption on both semiconductors and facilitates charge separation by decoupling them on different bands.There are mainly three types of heterojunctions,namely the type‐II heterojunction,the Z‐scheme heterojunction,and the step‐scheme(S‐scheme)heterojunction[1–3].In a type‐II heterojunction,photogenerated electrons migrate from the higher CB to the lower one,while photogenerated holes transfer from the lower to the higher VB.However,this schematic is thermodynamically flawed since the charge transfer discounts the redox powers of the electrons and holes.This transfer is also dynamically unfavorable due to strong repulsion between the photogenerated electrons(or holes)in different semiconductors.The Z‐scheme heterojunction utilizes dissolved redox ion pairs(traditional Z‐scheme)or conductive materials(all‐solid‐state Z‐scheme)as the shuttle for charge transfer and separation.However,the photogenerated carriers with stronger redox powers would preferentially react with the ion pairs or combine at the conductor because of stronger driving forces,leading to deducted redox powers and reduced photocatalytic activity.S‐scheme heterojunction could avoid these drawbacks and has exhibited excellent performance in organics degradation[4,5],CO_(2) reduction[6,7],hydrogen evolution[8],etc. 展开更多
关键词 S型异质结 电子转移机理 开尔文探针 表面电势图像 原位光照X射线光电子能谱
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Electron transfer kinetics in CdS/Pt heterojunction photocatalyst during water splitting 被引量:2
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作者 Jianjun Zhang Gaoyuan Yang +4 位作者 Bowen He Bei Cheng Youji Li Guijie Liang Linxi Wang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期2530-2538,共9页
Noble metal cocatalysts have shown great potential in boosting the performance of CdS in photocatalytic water splitting.However,the mechanism and kinetics of electron transfer in noble-metal-decorated CdS during pract... Noble metal cocatalysts have shown great potential in boosting the performance of CdS in photocatalytic water splitting.However,the mechanism and kinetics of electron transfer in noble-metal-decorated CdS during practical hydrogen evolution is not clearly elucidated.Herein,Pt-nanoparticle-decorated CdS nanorods(CdS/Pt)are utilized as the model system to analyze the electron transfer kinetics in CdS/Pt heterojunction.Through femtosecond transient absorption spectroscopy,three dominating exciton quenching pathways are observed and assigned to the trapping of photogenerated electrons at shallow states,recombination of free electrons and trapped holes,and radiative recombination of locally photogenerated electron-hole pairs.The introduction of Pt cocatalyst can release the electrons trapped at the shallow states and construct an ultrafast electron transfer tunnel at the CdS/Pt interface.When CdS/Pt is dispersed in acetonitrile,the lifetime and rate for interfacial electron transfer are respectively calculated to be~5.5 ps and~3.5×10^(10) s^(−1).The CdS/Pt is again dispersed in water to simulate photocatalytic water splitting.The lifetime of the interfacial electron transfer decreases to~5.1 ps and the electron transfer rate increases to~4.9×10^(10) s^(−1),confirming that Pt nanoparticles serve as the main active sites of hydrogen evolution.This work reveals the role of Pt cocatalysts in enhancing the photocatalytic performance of CdS from the perspective of electron transfer kinetics. 展开更多
关键词 Femtosecond transient absorption SPECTROSCOPY Photocatalytic water splitting CDS Electron transfer kinetics Trap state
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Palladium-copper nanodot as novel H_(2)-evolution cocatalyst:Optimizing interfacial hydrogen desorption for highly efficient photocatalytic activity 被引量:1
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作者 Jiachao Xu Duoduo Gao +4 位作者 Huogen Yu Ping Wang Bichen Zhu Linxi Wang Jiajie Fan 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期215-225,共11页
Noble metal palladium(Pd)is well‐known as excellent photocatalytic cocatalyst,but its strong adsorption to hydrogen causes its limited H2‐evolution activity.In this study,the transition metal Cu was successfully int... Noble metal palladium(Pd)is well‐known as excellent photocatalytic cocatalyst,but its strong adsorption to hydrogen causes its limited H2‐evolution activity.In this study,the transition metal Cu was successfully introduced into the metallic Pd to weaken its hydrogen‐adsorption strength to improve its interfacial H_(2)‐evolution rate via the Pd‐Cu alloying effect.Herein,the ultrasmall Pd_(100−x)Cu_(x) alloy nanodots(2−5 nm)as a novel H_(2)‐evolution cocatalyst were integrated with the TiO_(2) through a simple NaH_(2)PO_(2)‐mediated co‐deposition route.The resulting Pd_(100−x)Cu_(x)/TiO_(2) sample shows the significantly enhanced photocatalytic H_(2)‐generation performance(269.2μmol h^(−1)),which is much higher than the bare TiO2.Based on in situ irradiated X‐ray photoelectron spectroscopy(ISI‐XPS)and density functional theory(DFT)results,the as‐formed Pd_(100−x)Cu_(x) alloy nanodots can effectively promote the separation of photo‐generated charges and weak the adsorption strength for hydrogen to optimize the process of hydrogen‐desorption process on Pd_(75)Cu_(25) alloy,thus leading to high photocatalytic H_(2)‐evolution activity.Herein,the weakened H adsorption of Pd_(75)Cu_(25) cocatalyst can be ascribed to the formation of electron‐rich Pd after the introduction of weak electronegativity Cu.The present work about optimizing electronic structure for promoting interfacial reaction activity provides a new sight for the development of the highly efficient photocatalysts. 展开更多
关键词 Photocatalytic H_(2)evolution TiO_(2) Pd100-xCux alloy Electron-rich Pd Hydrogen desorption
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