调控ZnIn2S4/Bi2O3 S型异质结的电子结构和润湿性增强光催化析氢

肖林锋 任婉璐 沈诗诗 陈梦姗 廖润华 周英棠 李喜宝

引用本文: 肖林锋, 任婉璐, 沈诗诗, 陈梦姗, 廖润华, 周英棠, 李喜宝. 调控ZnIn2S4/Bi2O3 S型异质结的电子结构和润湿性增强光催化析氢[J]. 物理化学学报, 2024, 40(8): 230803. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308036 shu
Citation:  Linfeng Xiao, Wanlu Ren, Shishi Shen, Mengshan Chen, Runhua Liao, Yingtang Zhou, Xibao Li. Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution through Electronic Structure and Wettability Adjustment of ZnIn2S4/Bi2O3 S-Scheme Heterojunction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(8): 230803. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308036 shu

调控ZnIn2S4/Bi2O3 S型异质结的电子结构和润湿性增强光催化析氢

    通讯作者: 廖润华, 001072@jcu.edu.cn; 周英棠, zhouyingtang@zjou.edu.cn; 李喜宝, lixibao@nchu.edu.cn
  • 基金项目:

    浙江省重点研发项目 2023 C01191

    国家自然科学基金项目 22262024

    国家自然科学基金项目 51962023

    国家自然科学基金项目 51468024

    江西省重点学科学术技术带头人项目 20232BCJ22008

    江西自然科学基金 20232ACB204007

    江西自然科学基金 20192GYZD008-33

    景德镇市科技局项目 20192GYZD008-33

摘要: 通过光催化水裂解制氢来生产可再生燃料具有巨大的潜力。然而,缓慢的析氢动力学和较差的水吸附对光催化剂构成了重大挑战。在这项研究中,我们开发了一种简单的水热法,用于从金属有机框架(MOF)中合成Bi2O3 (BO),并将其负载到花状ZnIn2S4 (ZIS)上。该方法显著增强了水吸附和表面催化反应,从而显著提高了光催化活性。以三乙醇胺(TEOA)作为牺牲剂,在BO上负载15% (质量分数) ZIS时,析氢速率达到了1610 μmol∙h−1∙g−1,是纯BO的6.34倍。此外,利用密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)计算,我们确定了ZIS/BO S型异质结界面上的反应,包括水吸附和催化反应的活性位点。这项工作将为开发具有特定电子性能和润湿性的高性能复合光催化材料提供有价值的见解。

English

    1. [1]

      Zhang, L.; Zhang, J.; Yu, H.; Yu, J. Adv. Mater. 2022, 34 (11), 2107668. doi: 10.1002/adma.202107668

    2. [2]

      Hu, Y.; Li, X.; Wang, W.; Deng, F.; Han, L.; Gao, X.; Feng, Z.; Chen, Z.; Huang, J.; Zeng, F.; et al. Chin. J. Struct. Chem. 2022, 41 (4), 69. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861

    3. [3]

      Yi, J.; Zhou, Z.; Xia, Y.; Zhou, G.; Zhang, G.; Li, L.; Wang, X.; Zhu, X.; Wang, X.; Pang, H. Chin. Chem. Lett. 2023, 34 (11), 108328. doi: 10.1016/j.cclet.2023.108328

    4. [4]

      Zhang, P.; Li, Y.; Li, X. Chin. J. Catal. 2023, 44, 4. doi: 10.1016/S1872-2067(22)64185-8

    5. [5]

      Tang, S.; Xia, Y.; Fan, J.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W. Chin. J. Catal. 2021, 42 (5), 743. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63695-6

    6. [6]

      Wang, J.; Sun, M.; Liu, C.; Ye, Y.; Chen, M.; Zhao, Z.; Zhang, Y.; Wu, X.; Wang, K.; Zhou, Y. Adv. Mater. 2023, 35, 2306103. doi: 10.1002/adma.202306103

    7. [7]

      Zhang, P.; Tian, Z.; Hung, C.; Liu, Y.; Jia, B.; Lan, K.; Kong, B.; Huang, F.; Mai, L.; Zhao, D. Cell Rep. Phys. Sci. 2020, 1 (7), 100081. doi: 10.1016/j.xcrp.2020.100081

    8. [8]

      Li, Y.; Kidkhunthod, P.; Zhou, Y.; Wang, X.; Lee, J. Adv. Func. Mater. 2022, 32 (41), 2205985. doi: 10.1002/adfm.202205985

    9. [9]

      Sun, L.; Han, L.; Huang, J.; Luo, X.; Li, X. Int. J. Hydrog. Energy 2022, 47 (40), 17583. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.03.259

    10. [10]

      Lei, Y.; Huang, J.; Li, X.; Lv, C.; Hou, C.; Liu, J. Chin. J. Catal. 2022, 43 (8), 2249. doi: 10.1016/S1872-2067(22)64109-3

    11. [11]

      Huang, B.; Fu, X.; Wang, K.; Wang, L.; Zhang, H.; Liu, Z.; Liu, B.; Li, J. Adv. Powder. Mater. 2023, doi: 10.1016/j.apmate.2023.100140

    12. [12]

      Li, X.; Hu, Y.; Dong, F.; Huang, J.; Han, L.; Deng, F.; Luo, Y.; Xie, Y.; He, C.; Feng, Z.; Chen, Z.; Zhu, Y. Appl. Catal. B 2023, 325, 122341. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122341

    13. [13]

      Wang, W.; Li, X.; Deng, F.; Liu, J.; Gao, X.; Huang, J.; Xu, J.; Feng, Z.; Chen, Z.; Han, L. Chin. Chem. Lett. 2022, 33 (12), 5200. doi: 10.1016/j.cclet.2022.01.058

    14. [14]

      Zhang, H.; Aierek, A.; Zhou, Y.; Ni, Z.; Feng, L.; Chen, A.; Wågberg, T.; Hu, G. Carbon Energy 2023, 5 (1), e217. doi: 10.1002/cey2.217

    15. [15]

      Guo, Y.; Yan, B.; Deng, F.; Shao, P.; Zou, J.; Luo, X.; Zhang, S.; Li, X. Chin. Chem. Lett. 2023, 34 (2), 107468. doi: 10.1016/j.cclet.2022.04.066

    16. [16]

      Li, S.; Cai, M.; Liu, Y.; Wang, C.; Lv, K.; Chen, X. Chin. J. Catal. 2022, 43 (10), 2652. doi: 10.1016/S1872-2067(22)64106-8

    17. [17]

      Shan, A.; Teng, X.; Zhang, Y.; Zhang, P.; Xu, Y.; Liu, C.; Li, H.; Ye, H.; Wang, R. Nano Energy 2022, 94, 106913. doi: 10.1016/j.nanoen.2021.106913

    18. [18]

      王文亮, 张灏纯, 陈义钢, 史海峰. 物理化学学报, 2022, 38 (7), 2201008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201008Wang, W.; Zhang, H.; Chen, Y.; Shi, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (7), 2201008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201008

    19. [19]

      Wang, K.; Qin, H.; Li, J.; Cheng, Q.; Zhu, Y.; Hu, H.; Peng, J.; Chen, S.; Wang, G.; Chou, S.; et al. Appl. Catal. B 2023, 332, 122763. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122763

    20. [20]

      韩高伟, 徐飞燕, 程蓓, 李佑稷, 余家国, 张留洋. 物理化学学报, 2022, 38 (7), 2112037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202112037Han, G.; Xu, F.; Cheng, B.; Li, Y.; Yu, J.; Zhang, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (7), 2112037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202112037

    21. [21]

      何科林, 沈荣晨, 郝磊, 李佑稷, 张鹏, 江吉周, 李鑫. 物理化学学报, 2022, 38 (11), 2201021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201021He, K.; Shen, R.; Hao, L.; Li, Y.; Zhang, P.; Jiang, J.; Li, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (11), 2201021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202201021

    22. [22]

      李喜宝, 刘积有, 黄军同, 何朝政, 冯志军, 陈智, 万里鹰, 邓芳. 物理化学学报, 2021, 37 (6), 22010030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010030Li, X.; Liu, J.; Huang, J.; He, C.; Feng, Z.; Chen, Z.; Wan, L.; Deng, F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37 (6), 22010030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010030

    23. [23]

      Zhu, Q.; Hailili, R.; Xin, Y.; Zhou, Y.; Hu, Y.; Pang, X.; Zhang, K.; Robertson, P.; Bahnemann, D.; Wang, C. Appl. Catal. B 2022, 319, 121888. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121888

    24. [24]

      Wang, Y.; Liu, Q.; Wong, N. -H.; Sunarso, J.; Huang, J.; Dai, G.; Hou, X.; Li, X. Ceram. Int. 2022, 48 (2), 2459. doi: 10.1016/j.ceramint.2021.10.027

    25. [25]

      Wang, H.; Liu, J.; Xiao, X.; Meng, H.; Wu, J.; Guo, C.; Zheng, M.; Wang, X.; Guo, S.; Jiang, B. Chin. Chem. Lett. 2023, 34 (1), 107125. doi: 10.1016/j.cclet.2022.01.018

    26. [26]

      Yang, H.; Zhang, J.; Dai, K. Chin. J. Catal. 2022, 43 (2), 255. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63784-6

    27. [27]

      Zhang, X.; Wang, Y.; Liu, B.; Sang, Y.; Liu, H. Appl. Catal. B 2017, 202, 620. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.09.068

    28. [28]

      Li, X.; Kang, B.; Dong, F.; Deng, F.; Han, L.; Gao, X.; Xu, J.; Hou, X.; Feng, Z.; Chen, Z.; et al. Appl. Surf. Sci. 2022, 593, 153422. doi: 10.1016/j.apsusc.2022.153422

    29. [29]

      Dai, M.; He, Z.; Cao, W.; Zhang, J.; Chen, W.; Jin, Q.; Que, W.; Wang, S. Sep. Purif. Technol. 2023, 309, 123004. doi: 10.1016/j.seppur.2022.123004

    30. [30]

      Hua, J.; Wang, Z.; Zhang, J.; Dai, K.; Shao, C.; Fan, K. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 156, 64. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.003

    31. [31]

      He, H.; Wang, Z.; Dai, K.; Li, S.; Zhang, J. Chin. J. Catal. 2023, 48, 267. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64420-1

    32. [32]

      Liu, L.; Wang, Z.; Zhang, J.; Ruzimuradov, O.; Dai, K.; Low, J. Adv. Mater. 2023, 35 (26), 2300643. doi: 10.1002/adma.202300643

    33. [33]

      Zhao, Z.; Dai, K.; Zhang, J.; Dawson, G. Adv. Sustain. Syst. 2023, 7 (1), 2100498. doi: 10.1002/adsu.202100498

    34. [34]

      Zhao, Z.; Wang, Z.; Zhang, J.; Shao, C.; Dai, K.; Fan, K.; Liang, C. Adv. Func. Mater. 2023, 33 (23), 2214470. doi: 10.1002/adfm.202214470

    35. [35]

      王中辽, 汪静, 张金锋, 代凯. 物理化学学报, 2023, 39 (6), 2209037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209037Wang, Z.; Wang, J.; Zhang, J.; Dai, K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (6), 2209037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209037

    36. [36]

      Wang, Z.; Liu, R.; Zhang, J; Dai, K. Chin. J. Struc. Chem. 2022, 41 (06), 15. doi: 10.14102/j.cnki.0254-5861.2022-0108

    37. [37]

      Liu, Q.; He, X.; Peng, J.; Yu, X.; Tang, H.; Zhang, J. Chin. J. Catal. 2021, 42 (9), 1478. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63753-6

    38. [38]

      Cui, Q.; Gu, X.; Zhao, Y.; Qi, K.; Yan, Y. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 2023, 142, 104679. doi: 10.1016/j.jtice.2023.104679

    39. [39]

      Li, J.; Li, M.; Jin, Z. J. Colloid Interface Sci. 2021, 592, 237. doi: 10.1016/j.jcis.2021.02.053

    40. [40]

      Cheng, C.; Zhang, J.; Zhu, B.; Liang, G.; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 135 (8), e202218688. doi: 10.1002/ange.202218688

    41. [41]

      Ruan, X.; Huang, C.; Cheng, H.; Zhang, Z.; Cui, Y.; Li, Z.; Xie, T.; Ba, K.; Zhang, H.; Zhang, L.; et al. Adv. Mater. 2023, 35(6), 2209141. doi: 10.1002/adma.202209141

    42. [42]

      Cheng, C.; He, B.; Fan, J.; Cheng, B.; Cao, S.; Yu, J. Adv. Mater. 2021, 33 (22), 2100317. doi: 10.1002/adma.202100317

    43. [43]

      Wang, Z.; Wang, D.; Deng, F.; Liu, X.; Li, X.; Luo, X.; Peng, Y.; Zhang, J.; Zou, J.; Ding, L.; et al. Chem. Eng. J. 2023, 463, 142313. doi: 10.1016/j.cej.2023.142313

    44. [44]

      Bai, J.; Shen, R.; Jiang, Z.; Zhang, P.; Li, Y.; Li, X. Chin. J. Catal. 2022, 43 (2), 359. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63883-4

    45. [45]

      Peng, Y.; Guo, X.; Xu, S.; Guo, Y.; Zhang, D.; Wang, M.; Wei, G.; Yang, X.; Li, Z.; Zhang, Y.; et al. J. Energy Chem. 2022, 75, 276. doi: 10.1016/j.jechem.2022.06.027

    46. [46]

      黄悦, 梅飞飞, 张金锋, 代凯, Dawson, G. 物理化学学报, 2022, 38 (7), 2108028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202108028Huang, Y.; Mei, F.; Zhang, J.; Dai, K.; Dawson, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (7), 2108028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202108028

    47. [47]

      Zheng, J.; Zhou, H.; Zou, Y.; Wang, R.; Lyu, Y.; Jiang, S.; Wang, S. Energy Environ. Sci. 2019, 12 (8), 2345. doi: 10.1039/C9EE00524B

    48. [48]

      Zhang, C.; Guo, Z.; Tian, Y.; Yu, C.; Liu, K.; Jiang, L. Nano Res. Energy 2023, 2 (2), e9120063. doi: 10.26599/NRE.2023.9120063

    49. [49]

      Zhang, H.; Zhou, Y.; Xu, M.; Chen, A.; Ni, Z.; Akdim, O.; Wågberg, T.; Huang, X.; Hu, G. ACS Nano 2023, 17(1), 636. doi: 10.1021/acsnano.2c09880

    50. [50]

      Lin, K.; Wang, Z.; Hu, Z.; Luo, P.; Yang, X.; Zhang, X.; Rafiq, M.; Huang, F.; Cao, Y. J. Mater. Chem. A 2019, 7 (32), 19087. doi: 10.1039/C9TA06219J

    51. [51]

      Tian, Y.; Cui, Q.; Xu, L.; Jiao, A.; Li, S.; Wang, X.; Chen, M. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 94, 10. doi: 10.1016/j.jmst.2021.02.062

    52. [52]

      Chen, J.; Abazari, R.; Adegoke, K.; Maxakato, N.; Bello, O.; Tahir, M.; Tasleem, S.; Sanati, S.; Kirillov, A.; Zhou, Y. Coord. Chem. Rev. 2022, 469, 214664. doi: 10.1016/j.ccr.2022.214664

    53. [53]

      Zhao, X.; Chen, J.; Zhao, C.; Liu, Y.; Liang, Q.; Zhou, M.; Li, Z.; Zhou, Y. Appl. Surf. Sci. 2021, 570, 151183. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.151183

    54. [54]

      Zhu, Q.; Dar, A.; Zhou, Y.; Zhang, K.; Qin, J.; Pan, B.; Lin, J.; Patrocinio, A.; Wang, C. ACS EST Eng. 2022, 2 (8), 1365. doi: 10.1021/acsestengg.1c00479

    55. [55]

      Zhao, X.; Chen, J.; Bi, Z.; Chen, S.; Feng, L.; Zhou, X.; Zhang, H.; Zhou, Y.; Wågberg, T.; Hu, G. Adv. Sci. 2023, 10 (8), 2205889. doi: 10.1002/advs.202205889

    56. [56]

      Han, L.; Jing, F.; Zhang, J.; Luo, X.; Zhong, Y.; Wang, K.; Zang, S.; Teng, D.; Liu, Y.; Chen, J.; et al. Appl. Catal. B 2021, 282, 119602. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119602

    57. [57]

      Li, Q.; Gao, Y.; Zhang, M.; Gao, H.; Chen, J.; Jia, H. Appl. Catal. B 2022, 303, 120905. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120905

    58. [58]

      Tang, M.; Li, X.; Deng, F.; Han, L.; Xie, Y.; Huang, J.; Chen, Z.; Feng, Z.; Zhou, Y. Catalysts 2023, 13 (3), 634. doi: 10.3390/catal13030634

    59. [59]

      Zhang, J.; Gu, X.; Zhao, Y.; Zhang, K.; Yan, Y.; Qi, K. Nanomaterials 2023, 13 (2), 305. doi: 10.3390/nano13020305

    60. [60]

      Guan, Y.; Liu, Y.; Lv, Q.; Wu, J. J. Hazard. Mater. 2021, 418, 126280. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.126280

    61. [61]

      Li, L.; Yang, Y.; Li, G.; Zhang, L. Small 2006, 2 (4), 548. doi: 10.1002/smll.200500382

    62. [62]

      Meng, Z.; Qiu, Z.; Shi, Y.; Wang, S.; Zhang, G.; Pi, Y.; Pang, H. eScience 2023, 3 (2), 100092. doi: 10.1016/j.esci.2023.100092

    63. [63]

      Dong, S.; Xia, L.; Chen, X.; Cui, L.; Zhu, W.; Lu, Z.; Sun, J.; Fan, M. Compos. Part B Eng. 2021, 215, 108765. doi: 10.1016/j.compositesb.2021.108765

    64. [64]

      Peng, Z.; Jiang, Y.; Xiao, Y.; Xu, H.; Zhang, W.; Ni, L. Appl. Surf. Sci. 2019, 487, 1084. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.05.163

    65. [65]

      Shen, J.; Zai, J.; Yuan, Y.; Qian, X. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37 (12), 16986. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.038

    66. [66]

      Bai, J.; Chen, W.; Shen, R.; Jiang, Z.; Zhang, P.; Liu, W.; Li, X. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 112, 85. doi: 10.1016/j.jmst.2021.11.003

    67. [67]

      Zhao, X.; Chen, M.; Zhou, Y.; Zhang, H.; Hu, G. J. Mater. Chem. A 2023, 11 (11), 5830. doi: 10.1039/D2TA09698F

    68. [68]

      Lei, Z.; You, W.; Liu, M.; Zhou, G.; Takata, T.; Hara, M.; Domen, K. Chem. Commun. 2003, 17, 2142. doi: 10.1039/B306813G

    69. [69]

      Xiao, Y.; Jiang, Y.; Liu, X.; Zhang, W.; Zhu, Z.; Gao, Y.; Xu, H.; Zhang, J.; Liu, Z.; Ni, L. J. Mater. Sci. 2020, 55, 14211. doi: 10.1007/s10853-020-05004-8

    70. [70]

      Dong, S.; Zhao, Y.; Yang, J.; Liu, X.; Li, W.; Zhang, L.; Wu, Y.; Sun, J.; Feng, J.; Zhu, Y. Appl. Catal. B 2021, 291, 120127. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120127

    71. [71]

      Lei, Z.; Cao, X.; Fan, J.; Hu, X.; Hu, J.; Li, N.; Sun, T.; Liu, E. Chem. Eng. J. 2023, 457, 141249. doi: 10.1016/j.cej.2022.14124

    72. [72]

      Dong, S.; Cui, L.; Tian, Y.; Xia, L.; Wu, Y.; Yu, J.; Bagley, D-M.; Sun, J.; Fan, M. J. Hazard. Mater. 2020, 399, 123017. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123017

    73. [73]

      昝忠奇, 李喜宝, 高晓明, 黄军同, 罗一丹, 韩露. 物理化学学报, 2023, 39 (6), 2209016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209016Zan, Z.; Li, X.; Gao, X.; Huang, J.; Luo, Y.; Han, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (6), 2209016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209016

    74. [74]

      Shen, S.; Li, X.; Zhou, Y.; Han, L.; Xie, Y.; Deng, F.; Huang, J.; Chen, Z.; Feng, Z.; Xu, J.; et al. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 155, 148. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.006

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  241
  • HTML全文浏览量:  16
文章相关
  • 发布日期:  2024-08-15
  • 收稿日期:  2023-08-21
  • 接受日期:  2023-09-28
  • 修回日期:  2023-09-28
  • 网络出版日期:  2023-10-13
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