微波辅助快速制备2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S型异质结及其光催化制氢性能

梅子慧 王国宏 严素定 王娟

引用本文: 梅子慧, 王国宏, 严素定, 王娟. 微波辅助快速制备2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S型异质结及其光催化制氢性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2009097-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009097 shu
Citation:  Mei Zihui, Wang Guohong, Yan Suding, Wang Juan. Rapid Microwave-Assisted Synthesis of 2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S-Scheme Heterojunction for Catalyzing Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 2009097-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009097 shu

微波辅助快速制备2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S型异质结及其光催化制氢性能

    通讯作者: 王国宏, wanggh2003@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(22075072、52003079)和湖北省自然科学基金(2019CFB568)资助项目

摘要: 能源危机的威胁在过去二十年里引起了全球性广泛关注。由于地球上具有丰富的太阳能和水资源,光催化分解水制氢被认为是获取绿色能源的一种有效途径。迄今为止,许多光催化剂已经得到了深入研究。其中,TiO2以其无毒、化学稳定性高、形态可控、光催化活性强等优点得到了广泛的关注。特别是1D结构的TiO2纳米纤维具有独特的一维电子转移轨迹,较大的吸附能力和较高的光生电子-空穴对(e--h+)传输速率等优点在光催化领域更是受到研究人员的青睐。尽管如此,TiO2仍存在带隙大、光生电子-空穴对复合速率快等缺点,使其在制氢反应(HER)中效率不高。因此,构建高性能、经济、环保的光催化剂是实现太阳能高效转化的一大挑战。最近,各种提高TiO2光催化活性的策略得到了广泛研究,包括与窄带隙半导体(如ZnIn2S4)的耦合等。另外,微波辅助合成技术以其成本低、设备简单、环境无污染、反应速度快等优点,已成为制备光催化半导体材料的一种重要手段。在本工作中,为解决TiO2带隙宽(约3.2 eV)和电子-空穴对复合速率快等缺点,通过微波辅助合成技术快速地将2D结构的ZnIn2S4纳米片原位组装在TiO2纳米纤维上,构筑2D/1D ZnIn2S4/TiO2 S型异质结。通过调节ZnIn2S4前驱体与TiO2 NFs的摩尔比,可以很容易地控制TiO2纳米纤维上ZnIn2S4负载量。实验结果表明:相对于纯ZnIn2S4和TiO2而言,ZnIn2S4/TiO2异质结光催化剂在太阳光照射下的光吸收和制氢性能得到明显提高。在优化条件下,样品ZT-0.5 (ZnIn2S4与TiO2的摩尔比为0.5)具有最佳制氢性能,达到8774 μmol·g-1·h-1,分别是纯TiO2纳米纤维(3312 μmol·g-1·h-1)和ZnIn2S4 (3114 μmol·g-1·h-1)纳米片的2.7倍和2.8倍。基于实验结果,我们提出来一种在ZnIn2S4和TiO2间形成的S型异质结机理,并很好地阐释了ZnIn2S4/TiO2复合材料光催化制氢活性增强的原因。

English

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  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-09-29
  • 接受日期:  2020-10-31
  • 修回日期:  2020-10-21
  • 网络出版日期:  2020-11-10
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

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