用于高效制氢的双S型ZnS/ZnO/CdS异质结构光催化剂

RazaAsif Hassan FarhanShumail 余志贤 吴艳

引用本文: RazaAsif Hassan, FarhanShumail, 余志贤, 吴艳. 用于高效制氢的双S型ZnS/ZnO/CdS异质结构光催化剂[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406020 shu
Citation:  Asif Hassan Raza, Shumail Farhan, Zhixian Yu, Yan Wu. Double S-Scheme ZnS/ZnO/CdS Heterostructure Photocatalyst for Efficient Hydrogen Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406020 shu

用于高效制氢的双S型ZnS/ZnO/CdS异质结构光催化剂

    通讯作者: 吴艳, wuyan@cug.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22378372

    中国政府奖学金支持 

摘要: 这项工作展示了一种新型具有高效光催化活性的双S型ZnS/ZnO/CdS三元异质结光催化剂。具有最佳CdS组成的ZnS/ZnO/CdS三元催化剂,ZnS/ZnO/CdS-14%显示最大H2析出速率为4.1 mmol·g‒1·h‒1。最大光催化性能分别约是相应的ZnS/CdS和ZnO/ZnS的2倍和13倍。在420 nm下,获得了19.8%的量子效率。此外,连续6次测试后,催化剂的结构和产氢活性只有微小的变化,表明了光催化剂的稳定性。根据理论计算和实验结果,三元光催化活性的显著提高归因于快速的电子转移和分离,以及相互作用的双S型半导体界面之间的紧密接触。这项工作强调了一种构建双S型光催化系统的新方法,该分解水产氢系统对光生载流子具有高效分离和快速迁移能力。

English

    1. [1]

      Bie, C.; Wang, L.; Yu, J. Chem. 2022, 8 (6), 1567. doi: 10.1016/j.chempr.2022.04.013

    2. [2]

      Sun, T.; Li, C.; Bao, Y.; Fan, J.; Liu, E. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (6), 2212009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212009.

    3. [3]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238(5358), 37. doi: 10.1038/238037a0

    4. [4]

      Lu, C.; Du, S.; Zhao, Y.; Wang, Q.; Ren, K.; Li, C.; Dou, W. RSC Adv. 2021, 11 (45), 28211. doi: 10.1039/DIRA04823F

    5. [5]

      Xiao, Y.; Li, M.; Li, H.; Wang, Z.; Wang, Y. Nano Energy 2024, 120 (1), 109164. doi: 10.1016/j.nanoen.2023.109164

    6. [6]

      Jiang, J.; Wang, G.; Shao, Y.; Wang, J.; Zhou, S.; Su, Y. Chin. J. Catal. 2022, 43 (2), 329. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63889

    7. [7]

      Liang, S.; Wang, Z.; Zhou, L.; You, S.; Zhang, R.; Liu, F.; Niu, P.; Wang, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16 (14), 17442. doi: 10.1021/acsami.3c8575

    8. [8]

      Li, J. Y.; Tan, C. L.; Qi, M. Y.; Tang, Z. R.; Xu, Y. J. Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 62 (22), e202303054. doi: 10.1002/anie.202303054.

    9. [9]

      Zhao, N.; Peng, J.; Wang, J.; Zhai, M. Acta Phys.-Chim.Sin. 2022, 38 (4), 2004046. doi: 10.3866/PKU.WHXB202004046

    10. [10]

      Xiang, X.; Zhang, L.; Luo, C.; Zhang, J.; Cheng, B.; Liang, G.; Zhang, Z.; Yu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2024, 340, 123196. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.123196

    11. [11]

      Ren, Y.; Li, Y.; Pan, G.; Wang, N.; Xing, Y.; Zhang, Z. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 171, 162. doi: 10.1016/j.jmst.2023.06.052

    12. [12]

      Tang, W.; Luo, L.; Fan, Z.; Zhang, A.; Ma, Y.; Xie, Y.; Zhao, J. Mater. Today Chem. 2024, 37, 102000. doi: 10.1016/j.mtchem.2024.102000

    13. [13]

      Cheng, Y.; Kang, J.; Yan, P.; Shen, J.; Chen, Z.; Zhu, X.; Tan, Q.; Shen, L.; Wang, S.; Wang, S. Appl. Catal. B-Environ. 2024, 341, 123325. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.123325

    14. [14]

      Shin, H.; Kim, S.; Lee, J.; Jeong, H.; Joo, S. W.; Lee, C.-T.; Park, S.-M.; Kang, M. Mater. Today Adv. 2024, 21, 100469. doi: 10.1016/j.mtadv.2024.100469

    15. [15]

      Yusuff, A. S.; Popoola, L. T.; Gbadamosi, A. O.; Igbafe, A. I. Mater. Today Commun. 2024, 38, 107999. doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.107999

    16. [16]

      Shundo, Y.; Nguyen, T. T.; Akrami, S.; Edalati, P.; Itagoe, Y.; Ishihara, T.; Arita, M.; Guo, Q.; Fuji, M.; Edalati, K. J. Colloid Interface Sci. 2024, 666, 22. doi: 10.1016/j.jcis.2024.04.010

    17. [17]

      Revathi, M.; Saravanan, S. Inorg. Chem. Commun. 2021, 134, 109056. doi: 10.1016/j.inoche.2021.109056

    18. [18]

      Wang, J.; Pan, R.; Yuan, Z.; Hao, Q.; Niu, X.; Wang, R.; Ye, J.; Yang, H. Y.; Wu, Y. Chem. Eng. J. 2024, 481, 148296. doi: 10.1016/j.cej.2023.148296

    19. [19]

      Ali, R.; Qureshi, W.; Yaseen, M.; Jiang, H.; Wang, L.; Yang, J.; Liu, Q. Mater. Today Sustain. 2023, 22, 100337. doi: 10.1016/j.mtsust.2023.100337

    20. [20]

      Lin, Q.; Liang, S.; Wang, J.; Zhang, R.; Liu, G.; Wang, X. ACS Sustain. Chem. Eng. 2023, 11 (7), 3093. doi: 10.1021/acssuschemeng.2c07255

    21. [21]

      Jia, Y.; Wang, Z.; Qiao, X.-Q.; Huang, L.; Gan, S.; Hou, D.; Zhao, J.; Sun, C.; Li, D.-S. Chem. Eng. J. 2021, 424, 130368. doi: 10.1016/j.cej.2021.130368

    22. [22]

      Zhu, Q.; Xu, Q.; Du, M.; Zeng, X.; Zhong, G.; Qiu, B.; Zhang, J. Adv. Mater. 2022, 34 (45), 2202929. doi: 10.1001/adma.202202929

    23. [23]

      Dong, J.; Fang, W.; Yuan, H.; Xia, W.; Zeng, X.; Shangguan, W. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5 (4), 4893. doi: 10.1021/acsaem.2c00301

    24. [24]

      Wu, P.; Liu, H.; Xie, Z.; Xie, L.; Liu, G.; Xu, Y.; Chen, J.; Lu, C.-Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16 (13), 16601. doi: 10.1021/acsami.3c15957

    25. [25]

      Bao, L.; Ali, S.; Dai, C.; Zeng, Q.; Zeng, C.; Jia, Y.; Liu, X.; Wang, P.; Ren, X.; Yang, T. ACS Nano 2024, 18 (7) 5878. doi: 10.1021/acsnano.3c12773

    26. [26]

      Xue, S.; Tang, H.; Shen, M.; Liang, X.; Li, X.; Xing, W.; Yang, C.; Yu, Z. Adv. Mater. 2024, 36 (16), 2311937. doi: 10.1002/adma.202311937

    27. [27]

      Piña-Pérez, Y.; Samaniego-Benítez, E.; Sierra-Uribe, J. H.; González, F.; Tzompantzi, F.; Lartundo-Rojas, L.; Mantilla, Á. J. Environ. Chem. Eng. 2023, 11 (3), 109760. doi: 10.1016/j.jece.2023.109760

    28. [28]

      Sun, H.; Xiao, Z.; Zhao, Z.; Zhai, S.; An, Q. Appl. Surf. Sci. 2023, 611 (Part A), 155631. doi: 10.1016/j.apsusc.2022.155631

    29. [29]

      Li, Q.; Yang, S.; Huang, Y.; Liang, Y.; Hu, C.; Wang, M.; Liu, Z.; Tai, Y.; Liu, J.; Li, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2024, in press. doi: 10.1016/j.jmst.2024.01.104

    30. [30]

      Yan, J.; Wei, L. Acta Phys.-Chim.Sin. 2024, 40 (10), 2312024. doi. 10.3866/PKU.WHXB202312024 doi: 10.3866/PKU.WHXB202312024

    31. [31]

      Deng, X.; Zhang, J.; Qi, K.; Liang, G.; Xu, F.; Yu, J. Nat. Commun. 2024, 15 (1), 4807. doi. 10.1038/s41467-024-49004-7 doi: 10.1038/s41467-024-49004-7

    32. [32]

      Xu, F.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S.; Xu, J.; Yu, J. Nat. Commun. 2020, 11 (1), 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7

    33. [33]

      Fu, J.; Xu, Q.; Low, J.; Jiang, C.; Yu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 243, 556. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.011

    34. [34]

      Zhu, B.; Sun, J.; Zhao, Y.; Zhang, L.; Yu, J. Adv. Mater. 2024, 36 (8), 2310600. doi: 10.1002/adma.202310600

    35. [35]

      Yu, W.; Bie, C. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 40 (4), 2307022. doi. 10.3866/PKU.WHXB202307022 doi: 10.3866/PKU.WHXB202307022

    36. [36]

      Li, Z.; Liu, W.; Chen, C.; Ma, T.; Zhang, J.; Wang, Z. Acta Phys.-Chim.Sin. 2023, 39 (6), 2208030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202208030

    37. [37]

      Zhu, J.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A. Chin. J. Catal. 2023, 49 (6), 5. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64438-9

    38. [38]

      Li, T.; Tsubaki, N.; Jin, Z. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 169, 82. doi: 10.1016/j.jmst.2023.04.049

    39. [39]

      Wu, X.; Chen, G.; Wang, J.; Li, J.; Wang, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39 (6), 2212016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212016

    40. [40]

      Wang, T.; Jin, Z. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 155, 132. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.002

    41. [41]

      Li, Y.; Shu, S.; Huang, L.; Liu, J.; Liu, J.; Yao, J.; Liu, S.; Zhu, M.; Huang, L. J. Colloid Interf. Sci. 2023, 633, 60. doi: 10.1016/j.jcis.2022.11.058

    42. [42]

      Chen, Z.; Ma, T.; Li, Z.; Zhu, W.; Li, L. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 179, 198. doi: 10.1016/j.jmst.2023.07.029

    43. [43]

      Xiao, L.; Ren, W.; Shen, S.; Chen, M.; Liao, R.; Zhou, Y. Acta Phys.-Chim.Sin. 2024, 40 (8), 2308036. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308036

    44. [44]

      Hong, S. H.; Kim, Y. K.; Hwang, S.-H.; Seo, H.-J.; Lim, S. K. Int. J. Hydrogen Energ. 2024, 57, 717. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.01.087

    45. [45]

      Nowosielska, A. M.; Nikoloski, A. N.; Parsons, D. F. Miner. Eng. 2023, 202, 108236. doi: 10.1016/j.mineng.2023.108236

    46. [46]

      Wu, F.; Zhang, X.; Wang, L.; Li, G.; Huang, J.; Song, A.; Meng, A.; Li, Z. Small 2024, 2309439. doi: 10.1002/small.202309439

    47. [47]

      Jiang, Z.; Cheng, B.; Zhang, L.; Zhang, Z.; Bie, C. A. Chin. J. Catal. 2023, 52, 32. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64502-4

    48. [48]

      Liu, B.; Cai, J.; Zhang, J.; Tan, H.; Cheng, B.; Xu, J. Chin. J. Catal. 2023, 51, 204. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64466-3

    49. [49]

      Bi, L.; Liu, J.; Du, M.; Huang, B.; Song, M.; Jiang, G. Chem. Eng. J. 2023, 454, 140258. doi: 10.1016/j.cej.2022.140258

    50. [50]

      Jiang, J.; Ye, K.; Zhang, W.; Ren, H.; Chen, H.; Hu, Y.; Wang, F.; Hou, J.; Diao, G.; Chen, M. J. Mater. Sci. 2022, 57 (47), 21667. doi: 10.1007/s10853-022-07980-5

    51. [51]

      Wen, B.; Guo, X.; Liu, Y.; Jin, Z. ACS Appl. Nano Mater. 2024, 7 (6), 6056. doi: 10.1021/acsanm.3c05962

    52. [52]

      Sun, H.; Qin, P.; Guo, J.; Jiang, Y.; Liang, Y.; Gong, X.; Ma, X.; Wu, Q.; Zhang, J.; Luo, L. Chem. Eng. J. 2023, 470, 144217. doi: 10.1016/j.cej.2023.144217

    53. [53]

      Cheng, C.; Zhang, J.; Zhu, B.; Liang, G.; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 62 (8), e202218688. doi: 10.1002/anie.202218688

    54. [54]

      Li, L.; Shi, H.; Yu, H.; Tan, X.; Wang, Y.; Ge, S.; Wang, A.; Cui, K.; Zhang, L.; Yu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2021, 292, 120184. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120184

    55. [55]

      Jiang, L.; Liu, S.; Zhang, D.; Deng, M.; Xia, Z.; Fu, Y.; Lü, C. Mater. Today Chem. 2024, 35, 101875. doi: 10.1016/j.mtchem.2023.101875

    56. [56]

      Liu, S.; Wang, W.; Shi, S.; Liao, S.; Zhong, M.; Xiao, W.; Wang, S.; Wang, X.; Chen, C. Appl. Surf. Sci. 2024, 657, 159795. doi: 10.1016/j.apsusc.2024.159795

    57. [57]

      Yang, X.; Yang, H.; Zhang, T.; Lou, Y.; Chen, J. Catal. Sci. Technol. 2021, 11 (17), 5849. doi: 10.1039/D1CY00951F

    58. [58]

      Wang, X.; Liu, B.; Ma, S.; Zhang, Y.; Wang, L.; Zhu, G.; Huang, W.; Wang, S. Nat. Commun. 2024, 15 (1), 2600. doi: 10.1038/s41467-024-47022-z

    59. [59]

      Farhan, S.; Raza, A. H.; Yang, S.; Yu, Z.; Wu, Y. J. Colloid Interface Sci. 2024, 669, 430. doi: 10.1016/j.jcis.2024.04.189.

    60. [60]

      Wang, K.; Yang, Y.; Farhan, S.; Wu, Y.; Lin, W.-F. Chem. Eng. J. 2024, 490, 151408. doi: 10.1016/j.cej.2024.151408.

    61. [61]

      Jakob, D. S.; Wang, H.; Xu, X. G. ACS Nano 2020, 14 (4), 4839. doi: 10.1021/acsnano.0c00767

    62. [62]

      Zhou, J.; Zhang, J.; Deng, Y.; Zhao, H.; Zhang, P.; Fu, S.; Xu, X.; Li, H. Nano Energy 2022, 99, 107411. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107411

    63. [63]

      Bie, C.; Meng, Z.; He, B.; Cheng, B.; Liu, G.; Zhu, B. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 173, 11. doi: 10.1016/j.jmst.2023.07.019

    64. [64]

      Yang, S.; Wang, K.; Wu, Z.; Wu, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 200, 253. doi: 10.1016/j.jmst.2024.02.055.

    65. [65]

      Chen, Y.; Ma, M.; Hu, J.; Chen, Z.; Jiang, P.; Amirav, L.; Yang, S.; Xing, Z. Appl. Catal. B-Environ. 2023, 324, 122300. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122300

    66. [66]

      Sun, Y.; Shen, S.; Deng, W.; Tian, G.; Xiong, D.; Zhang, H.; Yang, T.; Wang, S.; Chen, J.; Yang, W. Nano Energy 2023, 105, 108024. doi: 10.1016/j.nanoen.2022.108024

    67. [67]

      Wang, N.; Pu, M.; Ma, Z.; Feng, Y.; Guo, Y.; Guo, W.; Zheng, Y.; Zhang, L.; Wang, Z.; Feng, M. Nano Energy 2021, 90, 106646. doi: 10.1016/j.nanoen.2021.106646

    68. [68]

      Zhang, W.; Xu, Q.; Tang, X.; Jiang, H.; Shi, J.; Fominski, V.; Bai, Y.; Chen, P.; Zou, J. J. Colloid Interface Sci. 2023, 649, 325. doi: 10.1016/j.jcis.2023.06.080.

    69. [69]

      Patel, M.; Song, J.; Kim, D.-W.; Kim, J. Appl. Mater. Today 2022, 26, 101344. doi: 10.1016/j.apmt.2021.101344

    70. [70]

      Vishwakarma, M.; Kumar, M.; Hendrickx, M.; Hadermann, J.; Singh, A. P.; Batra, Y. Adv. Mater. Interfaces 2021, 8 (10), 2002124. doi: 10.1002/admi.202002124

    71. [71]

      Chen, X.; Guo, R.-T.; Pan, W.-G.; Yuan, Y.; Hu, X.; Bi, Z.-x.; Wang, J. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 318, 121839. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121839

    72. [72]

      Ruan, X.; Meng, D.; Huang, C.; Xu, M.; Jiao, D.; Cheng, H.; Cui, Y.; Li, Z.; Ba, K.; Xie, T. Adv. Mater. 2024, 36 (9), 2309199. doi: 10.1002/adma.202309199

    73. [73]

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

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  569
  • HTML全文浏览量:  120
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-06-17
  • 接受日期:  2024-07-29
  • 修回日期:  2024-07-24
  • 网络出版日期:  2024-08-12
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