High Efficiency Electron Transfer Realized over NiS2/MoSe2 S-Scheme Heterojunction in Photocatalytic Hydrogen Evolution

Yang Liu Xuqiang Hao Haiqiang Hu Zhiliang Jin

Citation:  Liu Yang, Hao Xuqiang, Hu Haiqiang, Jin Zhiliang. High Efficiency Electron Transfer Realized over NiS2/MoSe2 S-Scheme Heterojunction in Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 2008030-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030 shu

构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢

    通讯作者: 郝旭强, haoxuqiang@126.com
    靳治良, zl-jin@nun.edu.cn
  • 基金项目:

    宁夏自然科学基金重点项目(2020AAC02026), 宁夏自然科学基金一般项目(2020AAC03204), 省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室开放课题重点项目(2019-KF-36), 宁夏低品位资源高值化利用及环境化工一体化技术创新团队资助

摘要: S型异质结的提出是光催化领域发展的一个重要新理论。本研究通过典型的溶剂热法制备了NiS2和MoSe2,并通过原位生长的方法将二者复合,构建了S型异质结。所得的复合材料在光催化析氢中显示了优异的性能,产氢速率达7 mmol·h1·g-1,是纯NiS2和MoSe2的2.05倍和2.44倍。进一步研究证实,NiS2和MoSe2耦合可以增强对光吸收强度。与纯NiS2和MoSe2相比,NiS2/MoSe2更高的光电流密度和更低的阴极电流及更低的电化学阻抗均证明了NiS2/MoSe2复合物可以有效促进光生电子的转移。同时,更低的荧光强度表明了NiS2/MoSe2复合物对电子-空穴再次复合的有效抑制,这为光催化析氢反应提供了有利的条件。另一方面,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜发现,MoSe2作为一种无定型样品包围NiS2纳米微球,这大大增加了两者之间的接触面积, 从而增加了反应的活性位点。其次,在该光反应体系中,曙红(EY)作为一种光敏剂,有效地增强了催化剂对光的吸收。同时,在敏化过程中,曙红提供了电子给催化剂,这有效提高了光催化反应效率。S型异质结的建立有助于提高反应体系的氧化还原能力,是光催化还原水产氢反应析氢效果提高的主要原因。通过模特肖特基和光子能量曲线确定NiS2和MoSe2的导带、价带位置,进一步证明了S型异质结的建立。这项工作为研究S型异质结有效提高光催化制氢效率提供了新的参考。

English

    1. [1]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Li, Y. B.; Jin, Z. L.Appl. Surf. Sci. 2020, 499, 143862. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.143862

    2. [2]

      Wang, J.; Wang, J. R.; Song, X. H.; Qi, S. Y.; Zhao, M. W.Appl. Surf. Sci. 2020, 511, 145393. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.145393

    3. [3]

      Li, Y. B.; Jin, Z. L.; Zhao, T. S.Chem. Eng. J. 2020, 382, 123051. doi: 10.1016/j.cej.2019.123051

    4. [4]

      He, F.; Meng, A. Y.; Cheng, B.; Ho, W. K.; Yu, J. G.Chin. J. Catal. 2020, 41, 9. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63382-6

    5. [5]

      Liu, D. D.; Jin Z. L.; Bi, Y. P.Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 4478. doi: 10.1039/C7CY01514C

    6. [6]

      Liao, L.; Zhu, J.; Bian, X. J.; Zhu, L. N.; Scanlon, M. D.; Girault, H. H.; Liu, B. H.Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5326. doi: 10.1002/adfm.201300318

    7. [7]

      Peng, S. Q.; Yang, Y.; Tan, J. N.; Gan, C.; Li, Y. X.Appl. Surf. Sci. 2018, 447, 822. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.04.050

    8. [8]

      Fujishima, A.; Honda, K.Nature 1972, 238, 37.doi: 10.1038/238037a0

    9. [9]

      Park, J. H.; Kim, S.; Bard, A. J. Nano Lett. 2006, 6, 24.doi: 10.1021/nl051807y

    10. [10]

      Liu, Y.; Wang, G. R.; Li, Y. B.; Jin, Z. L.J. Colloid Interface Sci. 2019, 554, 113. doi: 10.1016/j.jcis.2019.06.080

    11. [11]

      潘金波, 申升, 周威, 唐杰, 丁洪志, 王进博, 陈浪, 区泽堂, 尹双凤.物理化学学报, 2020, 36, 1905068.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068Pan, J. B.; Shen, S.Zhou, W.; Tang, J.; Ding, H. Z.; Wang, J. B.; Chen, L.; Au, C. T.; Yin, S. F.Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905068. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068

    12. [12]

      Wang, Z.J.; Jin, Z. L.; Yuan, H.; Wang, G. R.; Ma, B. Z.J. Colloid Interface Sci. 2018, 532, 287. doi: 10.1016/j.jcis.2018.07.138

    13. [13]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Li, J. K.; Wang, Y. P.; Jin, Z. L.Chin. J. Catal. 2020, 41, 82. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63454-6

    14. [14]

      Zhang, B. Y.; Chen, C. Q.; Liu, J.; Qiao, W.; Zhao, J. X.; Yang, J.; Yu, Y.; Chen, S.; Qin, Y. Appl. Surf. Sci. 2020, 508, 144869. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144869

    15. [15]

      Cebad, S.; Soto, E.; Mota, N.; García, J. L.; Fierro, G.; Navarro, R. M.Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45, 20536. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.169

    16. [16]

      孙尚聪, 张旭雅, 刘显龙, 潘伦, 张香文, 邹吉军.物理化学学报, 2020, 36, 1905007.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007Sun, S. C.; Zhang, X. Y.; Liu, X. L.; Pan, L.; Zhang, X. W.; Zou, J. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905007. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007

    17. [17]

      Wang, J. M.; Wang, Z. J.; Zhu, Z. P.Appl. Catal. B:Environ. 2017, 204, 577. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.12.008

    18. [18]

      Wang, Z. Q.; Li, L. F.; Liu, M. Z.; Miao, T. F.; Ye, X. J.; Meng, S. G.; Chen, S. F.; Fu, X. L.J. Energy Chem. 2020, 48, 241. doi: 10.1016/j.jechem.2020.01.017

    19. [19]

      Jin, Z. L.; Zhang, Y. P.Catal. Surv. Asia 2020, 24, 59. doi: 10.1007/s10563-019-09289-x

    20. [20]

      Zhang, S. S.; Qian, X. B.; Yan, J. Q.; Chen, K. L.; Huang, J. H.New J. Chem. 2020, 44, 11710. doi: 10.1039/d0nj01218a

    21. [21]

      Huang, Q. Z.; Xiong, Y; Zhang, Q.; Yao, H. C.; Li, Z. J. Appl. Catal. B:Environ. 2017, 209, 514. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.03.035

    22. [22]

      Zheng, B. J.; Chen, Y. F.; Qi, F.; Wang, X. Q.; Zhang, W. L.; Li, Y. R.; Li, X. S.2D Mater. 2017, 4, 025092. doi: 10.1088/2053-1583/aa6e65

    23. [23]

      Zeng, D. Q.; Wu, P. Y.; Ong, W. J.; Tang, B. S.; Wu, M. D.; Zheng, H. F.; Chen, Y. Z.; Peng, D. L.Appl. Catal. B:Environ. 2018, 233, 26. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.03.102

    24. [24]

      He, R. G.; Liu, H. J.; Liu, H. M.; Xu, D. F.; Zhang, L. Y. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 52, 145. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.027

    25. [25]

      Low, J. X.; Yu, J. G.; Mietek, J.; Swelm, W.; Ahmed, A. Al-G. Adv. Mater. 2017, 29, 1601694. doi: 10.1002/adma.201601694

    26. [26]

      Sun, R. M.; Liu, S. J.; Wei, Q. L.; Sheng, J. Z.; Zhu, S. H.; An, Q. Y. Small 2017, 13, 1701744. doi: 10.1002/smll.201701744

    27. [27]

      Li, N.; Wu, J. J.; Lu, Y. T.; Zhao, Z. J.; Zhang, H. C.; Li, X. T.; Zheng, Y. Z.; Tao, X. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 238, 27. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.07.002

    28. [28]

      Jin, Z. L.; Yan, X.; Hao, X. Q. J. Colloid Interface Sci. 2020, 569, 34. doi: 10.1016/j.jcis.2020.02.052

    29. [29]

      Yu, W. L.; Zhang, S.; Chen, J. X.; Xia, P. F.; Matthias, H. R.; Chen, L. F.; Xu, W.; Jin, J. P.; Chen, S. L.; Peng, T. Y. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 15668. doi: 10.1039/c8ta02922a

    30. [30]

      Qin, J. Q.; Zhang, X. Y.; Yang, C. W.; Cao, M.; Ma, M. Z.; Liu, R. P. Appl. Surf. Sci. 2017, 392, 196. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.09.043

    31. [31]

      Lei, Y. G.; Yang, C.; Hou, J. H.; Wang, F.; Min, S. X.; Ma, X. H.; Jin, Z. L.; Xu, J.; Lu, G. X.; Huang, K. W. Appl. Catal. B:Environ. 2017, 216, 59. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.05.063

    32. [32]

      Yang, G.; Ding, H.; Chen, D. M.; Feng, J. J.; Hao, Q.; Zhu, Y. F. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 234, 260. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.04.038

    33. [33]

      Liu, Y.; Wang, G. R.; Ma, Y. L.; Jin, Z. L. Catal. Lett. 2019, 149, 1788. doi: 10.1007/s10562-019-02777-9

    34. [34]

      Wang, T. T.; Guo, X. S.; Zhang, J. Y.; Xiao, W.; Xi, P. X.; Peng, S. L.; Gao, D. Q. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 4971. doi: 10.1039/c8ta11286j

    35. [35]

      Guo, Z.; Wang, X. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5898. doi: 10.1002/anie.201803092

    36. [36]

      Zhao, G. G.; Zhang, Y.; Yang, L.; Jiang, Y. L.; Zhang, Y.; Hong, W. W.; Tian, Y.; Zhao, H. B.; Hu, J. G.; Zhou, L.; et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803690. doi: 10.1002/adfm.201803690

    37. [37]

      Wang, Z. J.; Jin, Z. L.; Wang, G. R.; Ma, B. Z. Int. J. Hydrog. Energy 2018, 43, 13039. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.05.099

    38. [38]

      Yang, H.; Jin, Z. L.; Hu, H. Y.; Bi, Y. P.; Lu, G. X. Appl. Surf. Sci. 2018, 427, 587. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.09.021

    39. [39]

      Wu, M. H.; Huang, Y. Y.; Cheng, X. L.; Geng, X. S.; Tang, Q.; You, Y.; Yu, Y. Q.; Zhou, R.; Xu, J. Adv. Funct. Mater. 2017, 4, 1700948. doi: 10.1002/admi.201700948

    40. [40]

      Wang, Y.; Zhao, J. X.; Chen, Z.; Zhang, F.; Guo, W.; Lin, H. M.; Qu, F. Y. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 244, 76. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.033

    41. [41]

      Liu, Y.; Ma, X. H.; Wang, H. Y.; Li, Y. B.; Jin, Z. L. Catal. Surv. Asia 2019, 23, 231. doi: 10.1007/s10563-019-09275-3

    42. [42]

      Hu, S.; Jiang, Q. Q.; Ding, S. P.; Liu, Y.; Wu, Z. Z.; Huang, Z. X.; Zhou, T. F.; Guo, Z. P.; Hu, J. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 25483. doi: 10.1021/acsami.8b09410

    43. [43]

      Hao, X. Q.; Guo, Q. J.; Li, M.; Jin, Z. L.; Wang, Y. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 5267. doi: 10.1039/d0cy00893a

    44. [44]

      Wang, S.; Zhu, B. C.; Liu, M. J.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G.; Zhou, M. H. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 243, 19. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.10.019

    45. [45]

      Yue, X. Z.; Yi, S. S.; Wang, R. W.; Zhang, Z. T.; Qiu, S. L. Nano Energy 2018, 47, 463. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.03.014

    46. [46]

      Wei, R. B.; Huang, Z. L.; Gu, G. H.; Wang, Z.; Zeng, L. X.; Chen, Y. B.; Liu, Z. Q. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 231, 101. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.03.014

    47. [47]

      曹丹, 安华, 严孝清, 赵宇鑫, 杨贵东, 梅辉.物理化学学报, 2020, 36, 1901051. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901051Cao, D.; An, H.; Yan, X. Q.; Zhao, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1901051.

    48. [48]

      Ge, H. N.; Xu, F. Y.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K. ChemCatChem 2019, 11, 6301. doi: 10.1002/cctc.201901486

    49. [49]

      Yuan, Y. J.; Shen, Z. K.; Wu, S. T.; Su, Y. B.; Pei, L.; Ji, Z. G.; Ding, M. Y.; Bai, W. F.; Chen, Y. F.; Yu, Z. T.; et al. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 246, 120. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.01.043

    50. [50]

      Mahmoud, S.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Chem. Eng. J. 2020, 397, 125390. doi: 10.1016/j.cej.2020.125390

    51. [51]

      Luo, J. H.; Lin, Z. X.; Zhao, Y.; Jiang, S. J.; Song, S. Q. Chin. J. Catal. 2020, 41, 122. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63490-X

    52. [52]

      He, F.; Zhu, B. C.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K.; Macyk, W. Appl. Catal. B:Environ. 2020, 272, 119006. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119006

    53. [53]

      Zeng, D. Q.; Ong, W. J.; Zheng, H. F.; Wu, M. D.; Chen, Y. Z.; Peng, D. L.; Han, M. Y. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 16171. doi: 10.1039/c7ta04816e

    54. [54]

      Jin, Z. L.; Zhang, Y. K.; Ma, Q. X. J. Colloid Interface Sci. 2019, 556, 689. doi: 10.1016/j.jcis.2019.08.107

    55. [55]

      Mei, F. F.; Li, Z.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Liang, C. H. Chin. J. Catal. 2020, 41, 41. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63389-9

    56. [56]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Jian, Q. Y. J. Solid State Chem. 2019, 274, 286. doi: 10.1016/j.jssc.2019.03.040

    57. [57]

      Wang, H. Y.; Jin, Z. L. Sustainable Energy Fuels 2019, 3, 173. doi: 10.1039/c8se00445e

    58. [58]

      Yang, H.; Jin, Z. L.; Liu, D. D.; Fan, K.; Wang, G. R. J. Phys. Chem. C 2018, 122, 10430. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b01666

    59. [59]

      Wang, J.; Wang, G. H.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Fan, J. J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 56. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63634-8

    60. [60]

      Zhang, Y. K.; Jin, Z. L. Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 1944. doi: 10.1039/c8cy026

    61. [61]

      Xia, P. F.; Cao, S. W.; Zhu, B. C.; Liu, M. J.; Shi, M. S.; Yu, J. G. Angew. Chem. 2020, 59, 5218. doi: 10.1002/anie.201916012

    62. [62]

      Hao, X. Q.; Cui, Z. W.; Zhou, J.; Wang, Y. C.; Hu, Y.; Wang, Y.; Zou, Z. G. Nano Energy 2018, 52, 105. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.07.043

    63. [63]

      Xu, Q. L.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

    64. [64]

      Xie, Q.; He, W. M.; Liu, S. W.; Li, C. H.; Zhang, J. F.; Wong, P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 140. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63481-9

    65. [65]

      Xu, F. Y.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S. Y.; Xu, J. S.; Yu, J. G. Nat. Commun. 2020, in press.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  30
  • HTML全文浏览量:  6
文章相关
  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-08-13
  • 接受日期:  2020-09-07
  • 修回日期:  2020-08-30
  • 网络出版日期:  2020-09-11
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章