注册 English

ZnO/D-A共轭聚合物S型异质结高效光催化产H2O2及其电荷转移动力学研究

吴优 ,  程畅 ,  戚克振 ,  程蓓 ,  张建军 ,  余家国 ,  张留洋

downloadPDF
引用本文: 吴优, 程畅, 戚克振, 程蓓, 张建军, 余家国, 张留洋. ZnO/D-A共轭聚合物S型异质结高效光催化产H2O2及其电荷转移动力学研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406027 shu
Citation:  You Wu, Chang Cheng, Kezhen Qi, Bei Cheng, Jianjun Zhang, Jiaguo Yu, Liuyang Zhang. Efficient Photocatalytic Production of H2O2 over ZnO/D-A Conjugated Polymer S-scheme Heterojunction and Charge Transfer Dynamics Investigation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240602. doi: 10.3866/PKU.WHXB202406027 shu

ZnO/D-A共轭聚合物S型异质结高效光催化产H2O2及其电荷转移动力学研究

  • 1.

    大理大学, 药学院, 云南 大理 671000

  • 2.

    武汉理工大学, 材料复合新技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430070

  • 3.

    中国地质大学(武汉), 材料与化学学院太阳燃料实验室, 湖北 武汉 430078

    • 通讯作者: 程蓓, chengbei2013@whut.edu.cn; 张建军, zhangjianjun@cug.edu.cn
  • 基金项目:

     202305AF150116

     22238009

     U23A20102

     52073223

     22278324

     22361142704

     2022CFA001

     CUG22061

摘要: 光催化技术利用清洁、无污染的太阳能合成过氧化氢(H2O2)。本研究通过铃木-宫浦反应和水热法合成了ZnO/PBD S型异质结复合材料，其特点是在供体-受体共轭聚合物(PBD)基底上生长ZnO纳米颗粒。最佳ZnO/PBD复合材料的产H2O2效率为4.07 mmol∙g-1∙h-1，是原始ZnO的5.4倍。该性能的显著提高归功于S型异质结的形成。紫外可见漫反射吸收光谱和原位光照X射线光电子能谱证实了S型异质结的成功构建。稳态光致发光和飞秒瞬态吸收(fs-TA)光谱确定并验证了ZnO中缺陷态的存在。这些缺陷态会捕获光生电子，从而对光催化反应产生不利影响。然而，S型异质结有效地促进了电子的分离和转移，从而缓解了这一问题。通过拟合fs-TA衰减动力学曲线确定的这些缺陷态中光生电子的寿命，进一步证明了S型异质结中的载流子转移机制。该工作介绍了一种利用fs-TA光谱研究有机/无机S型异质结的新方法。

English

    1. [1]

      Yue, J.; Song, L.; Fan, Y.; Pan, Z.; Yang, P.; Ma, Y.; Xu, Q.; Tang, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309624. doi: 10.1002/anie.202309624

    2. [2]

      Yan, S.; Li, Y.; Yang, X.; Jia, X.; Xu, J.; Song, H. Adv. Mater. 2024, 36, 2307967. doi: 10.1002/adma.202307967

    3. [3]

      Yang, Y.; Liu, J.; Gu, M.; Cheng, B.; Wang, L.; Yu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2023, 333, 122780. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122780

    4. [4]

      Jiang, Z.; Long, Q.; Cheng, B.; He, R.; Wang, L. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 162, 1. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.045

    5. [5]

      Li, F.; He, Q.; Li, F.; Tang, X.; Yu, C. Prog. Chem. 2023, 35, 330. doi: 10.7536/PC220718

    6. [6]

      He, B.; Luo, C.; Wang, Z.; Zhang, L.; Yu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2023, 323, 122200. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122200

    7. [7]

      Zhou, T.; Liu, X.; Zhao, L.; Qiao, M.; Lei, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 40, 2309020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309020

    8. [8]

      Wu, S.; Yu, H.; Chen, S.; Quan, X. ACS Catal. 2020, 10, 14380. doi: 10.1021/acscatal.0c03359

    9. [9]

      Li, X.; Zhu, J.; Sun, B.; Yuan, Q.; Li, H.; Ma, Z.; Xu, T.; Chen, X.; Fu, M. J. Mater. Chem. A 2023, 11, 1503. doi: 10.1039/D2TA08203A

    10. [10]

      Zhang, K.; Li, Y.; Yuan, S.; Zhang, L.; Wang, Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212010. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212010

    11. [11]

      Pan, C.; Bian, G.; Zhang, Y.; Lou, Y.; Zhang, Y.; Dong, Y.; Xu, J.; Zhu, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 316, 121675. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121675

    12. [12]

      Yin, X.; Shi, H.; Wang, Y.; Wang, X.; Wang, P.; Yu, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2312007. doi: 10.1039/D4TC01076K

    13. [13]

      Fu, J.; Wang, S.; Wang, Z.; Liu, K.; Li, H.; Liu, H.; Hu, J.; Xu, X.; Li, H.; Liu, M. Front. Phys. 2020, 15, 1. doi: 10.1007/s11467-019-0950-z

    14. [14]

      Zhang, H.; Liu, J.; Zhang, Y.; Cheng, B.; Zhu, B.; Wang, L. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 166, 241. doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.030

    15. [15]

      Zhang, X.; Gao, D.; Zhu, B.; Cheng, B.; Yu, J.; Yu, H. Nat. Commun. 2024, 15, 3212. doi: 10.1038/s41467-024-47624-7

    16. [16]

      He, R.; Xu, D.; Li, X. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 138, 256. doi: 10.1016/j.jmst.2022.09.002

    17. [17]

      Li, K.; Mei, J.; Li, J.; Liu, Y.; Wang, G.; Hu, D.; Yan, S.; Wang, K. Sci. China Mater. 2024, 67, 484. doi: 10.1007/s40843-023-2717-0

    18. [18]

      Cheng, J.; Wan, S.; Cao, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202310476. doi: 10.1002/anie.202310476

    19. [19]

      Miao, W.; Yao, D.; Chu, C.; Liu, Y.; Huang, Q.; Mao, S.; Ostrikov, K. Appl. Catal. B-Environ. 2023, 332, 122770. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122770

    20. [20]

      Han, C.; Xiang, S.; Jin, S.; Luo, L.; Zhang, C.; Yan, C.; Jiang, J.-X. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 5255. doi: 10.1039/D1TA11022E

    21. [21]

      Wang, Z.; Zheng, X.; Chen, P.; Li, D.; Zhang, Q.; Liu, H.; Zhong, J.; Lv, W.; Liu, G. J. Hazard. Mater. 2022, 424, 127379. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127379

    22. [22]

      Yan, F.; Zhang, Y.; Liu, S.; Zou, R.; Ghasemi, J. B.; Li, X. Chin. J. Catal. 2023, 51, 124. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64475-4

    23. [23]

      Tang, G.; Huang, X.; Song, T.; Wang, N.; Long, B.; Ali, A.; Deng, G.-J. Chem. Eng. J. 2023, 473, 145067. doi: 10.1016/j.cej.2023.145067

    24. [24]

      Wei, Q.; Yao, X.; Zhang, Q.; Yan, P.; Ru, C.; Li, C.; Tao, C.; Wang, W.; Han, D.; Han, D. Small 2021, 17, 2100132. doi: 10.1002/smll.202100132

    25. [25]

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

    26. [26]

      Wang, Z.; Wang, J.; Zhang, J.; Dai, K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 39, 2209037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209037

    27. [27]

      Wang, G.; Lv, S.; Shen, Y.; Li, W.; Lin, L.; Li, Z. J. Materiomics 2024, 10, 315. doi: 10.1016/j.jmat.2023.05.014

    28. [28]

      Wang, L.; Sun, J.; Cheng, B.; He, R.; Yu, J. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 4803. doi: 10.1021/acs.jpclett.3c00811

    29. [29]

      Zan, Z.; Li, X.; Gao, X.; Huang, J.; Luo, Y.; Han, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2209016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202209016

    30. [30]

      Zhu, B.; Liu, J.; Sun, J.; Xie, F.; Tan, H.; Cheng, B.; Zhang, J. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 162, 90. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.054

    31. [31]

      He, B.; Wang, Z.; Xiao, P.; Chen, T.; Yu, J.; Zhang, L. Adv. Mater. 2022, 34, 2203225. doi: 10.1002/adma.202203225

    32. [32]

      Van Viet, P.; Nguyen, T.-D.; Bui, D.-P.; Thi, C. M. J. Materiomics 2022, 8, 1. doi: 10.1016/j.jmat.2021.06.006

    33. [33]

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

    34. [34]

      Han, G.; Xu, F.; Cheng, B.; Li, Y.; Yu, J.; Zhang, L. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38, 2112037. doi: 10.3866/PKU.WHXB202112037

    35. [35]

      Zhang, B.; Sun, B.; Liu, F.; Gao, T.; Zhou, G. Sci. China Mater. 2024, 67, 424. doi: 10.1007/s40843-023-2754-8

    36. [36]

      Wu, X.; Tan, L.; Chen, G.; Kang, J.; Wang, G. Sci. China Mater. 2024, 67, 444. doi: 10.1007/s40843-023-2755-2

    37. [37]

      Yan, J.; Zhang, J. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 193, 18. doi: 10.1016/j.jmst.2023.12.054

    38. [38]

      Jiang, Z.; Cheng, B.; Zhang, Y.; Wageh, S.; Al‐Ghamdi, A. A.; Yu, J.; Wang, L. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 124, 193. doi: 10.1016/j.jmst.2022.01.029

    39. [39]

      Zhang, Y.; Qiu, J.; Zhu, B.; Fedin, M. V.; Cheng, B.; Yu, J.; Zhang, L. Chem. Eng. J. 2022, 444, 136584. doi: 10.1016/j.cej.2022.136584

    40. [40]

      Wageh, S.; Al-Hartomy, O. A.; Alotaibi, M. F.; Liu, L.-J. Rare Met. 2022, 41, 1077. doi: 10.1007/s12598-021-01902-1

    41. [41]

      Jiang, Z.; Zhang, Y.; Zhang, L.; Cheng, B.; Wang, L. Chin. J. Catal. 2022, 43, 226. doi: 10.1016/S1872-2067(21)63832-9

    42. [42]

      Sayed, M.; Xu, F.; Kuang, P.; Low, J.; Wang, S.; Zhang, L.; Yu, J. Nat. Commun. 2021, 12, 4936. doi: 10.1038/s41467-021-25007-6

    43. [43]

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

    44. [44]

      Wu, Y.; Yang, Y.; Gu, M.; Bie, C.; Tan, H.; Cheng, B.; Xu, J. Chin. J. Catal. 2023, 53, 123. doi: 10.1016/S1872-2067(23)64514-0

    45. [45]

      Ayoub, I.; Kumar, V.; Abolhassani, R.; Sehgal, R.; Sharma, V.; Sehgal, R.; Swart, H. C.; Mishra, Y. K. Nanotechnol. Rev. 2022, 11, 575-619. doi: 10.1515/ntrev-2022-0035

    46. [46]

      Yu, W.; Xu, D.; Peng, T. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 19936. doi: 10.1039/C5TA05503B

    47. [47]

      Hsieh, S.-H.; Ting, J.-M. Appl. Surf. Sci. 2018, 427, 465. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.06.176

    48. [48]

      Zhang, J.; Tong, T.; Zhang, L.; Li, X.; Zou, H.; Yu, J. ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6, 8631. doi: 10.1021/acssuschemeng.8b00938

    49. [49]

      Chen, G.; Li, H.; Zhou, Y.; Cai, C.; Liu, K.; Hu, J.; Li, H.; Fu, J.; Liu, M. Nanoscale 2021, 13, 13604. doi: 10.1039/D1NR03221F

    50. [50]

      Zhang, G.; Chen, D.; Li, N.; Xu, Q.; Li, H.; He, J.; Lu, J. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 250, 313. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.03.055

    51. [51]

      Li, W.; Cheng, B.; Xiao, P.; Chen, T.; Zhang, J.; Yu, J. Small 2022, 18, 2205097. doi: 10.1002/smll.202205097

    52. [52]

      Kettle, J.; Ding, Z.; Horie, M.; Smith, G. C. Org. Electron. 2016, 39, 222. doi: 10.1016/j.orgel.2016.10.016

    53. [53]

      Li, Y.; Fu, M.; Bai, J.; Yang, M.; Fang, M.; Lu, P. Opt. Mater. 2024, 150, 115241. doi: 10.1016/j.optmat.2024.115241

    54. [54]

      Ma, C.; Liu, P.; Wang, R.; Zhao, G.; Zhou, N.; Zhang, Q. Diamond Relat. Mater. 2023, 139, 110364. doi: 10.1016/j.diamond.2023.110364

    55. [55]

      Mo, C.; Yang, M.; Sun, F.; Jian, J.; Zhong, L.; Fang, Z.; Feng, J.; Yu, D. Adv. Sci. 2020, 7, 1902988. doi: 10.1002/advs.201902988

    56. [56]

      Katayama, T.; Yamamoto, A.; Fujita, Y.; Akagi, Y.; Koinkar, P.; Furube, A. Jpn. J. Appl. Phys. 2023, 62, 1029. doi: 10.35848/1347-4065/acbd57

    57. [57]

      Zhang, J.; Yang, G.; He, B.; Cheng, B.; Li, Y.; Liang, G.; Wang, L. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2530. doi: 10.1016/S1872-2067(22)64108-1

    58. [58]

      Rouzafzay, F.; Shidpour, R.; Abou-Zied, O. K.; Bagheri, K.; Al-Abri, M. Z. M. J. Environ. Chem. Eng. 2020, 8, 104097. doi: 10.1016/j.jece.2020.104097

    59. [59]

      Sarkar, K.; Mukherjee, S.; Wiederrecht, G.; Schaller, R. D.; Gosztola, D. J.; Stroscio, M. A.; Dutta, M. Nanotechnology 2018, 29, 095701. doi: 10.1088/1361-6528/aaa530

    60. [60]

      Isimjan, T. T.; Maity, P.; Llorca, J.; Ahmed, T.; Parida, M. R.; Mohammed, O. F.; Idriss, H. ACS Omega 2017, 2, 4828. doi: 10.1021/acsomega.7b00767

    61. [61]

      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

    62. [62]

      Zhang, J.; Zhu, B.; Zhang, L.; Yu, J. Chem. Commun. 2023, 59, 688. doi: 10.1039/D2CC06300J

    63. [63]

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

    64. [64]

      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

    65. [65]

      Cai, J.; Liu, B.; Zhang, S.; Wang, L.; Wu, Z.; Zhang, J.; Cheng, B. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 197, 183. doi: 10.1016/j.jmst.2024.02.012

    66. [66]

      Cheng, C.; Yu, J.; Xu, D.; Wang, L.; Liang, G.; Zhang, L.; Jaroniec, M. Nature Commun. 2024, 15, 1313. doi: 10.1038/s41467-024-45604-5

    67. [67]

      Qiu, J.; Meng, K.; Zhang, Y.; Cheng, B.; Zhang, J.; Wang, L.; Yu, J. Adv. Mater. 2024, 36, 2400288. doi: 10.1002/adma.202400288

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  376
  • HTML全文浏览量:  102
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-06-21
  • 接受日期:  2024-07-26
  • 修回日期:  2024-07-25
  • 网络出版日期:  2024-07-31
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

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net