异质结构核壳CoS1.097@ZnIn2S4纳米片在可见光下增强光催化析氢

摘要:在光催化水解产氢的研究中,利用材料间导带和价带位置的不同来改变光生电子的传导路径,降低光生电子和空穴的复合效率,从而提高材料的光催化水解产氢速率
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异质结构核壳CoS1.097@ZnIn2S4纳米片在可见光下增强光催化析氢

第一作者:冯雪姣,尚会姗

通讯作者:赵亚婔*

单位:郑州大学


在光催化水解产氢的研究中,半导体材料受到可见光的照射后,电子从价带上激发到导带,生成光生电子,价带上留下空穴,光生电子进一步与水分子发生反应,使水分解产生氢气。但单一的半导体,通常会存在严重的光生电子和空穴复合现象,使得光解水产氢的速率受到限制。为改善这一现状,通常会引入其他材料,利用材料间导带和价带位置的不同来改变光生电子的传导路径,降低光生电子和空穴的复合效率,从而提高材料的光催化水解产氢速率。


基于此,来自郑州大学的赵亚婔副教授,在知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Heterostructured core–shell CoS1.097@ZnIn2S4 nanosheets for enhanced photocatalytic hydrogen evolution under visible light”的观点文章。该文章分析了CoS1.097在与ZnIn2S4的耦合下形成形貌独特的异质结材料,有效降低了单一半导体ZnIn2S4的光生电子和空穴的复合效率,提高了光生电子的传递速度,将单一ZnIn2S4在可见光下水解产氢的速率提高到原来的6.42倍。



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图1. 合成示意图


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图2. XRD、SEM表征


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图3 不同比例性能及重复利用性




要点一:控制硫化过程中S含量,来制备CoS1.097材料

常见的硫化钴材料包括低硫含量硫化钴和高硫含量硫化钴,如:Co9S8,CoS,Co3S4,和CoS2,但硫含量的较高会产生穿梭效应,影响材料的循环稳定性,而硫化物材料的氧化还原能力又与硫化物中的硫含量有关。因此,制备合适硫含量的硫化钴材料非常重要,该工作中,通过控制硫化过程中S含量的大小制备了由纳米棒组成的纳米花状CoS1.097材料。


要点二:核壳异质材料之间紧密联系,有利于电子之间的传递

单一半导体材料在可见光下水解产氢的速率受到光生电子和空穴复合的影响较大,因此产氢速率往往受到限制,而加入另一种助催化剂,可以改变光生电子的传导路径,降低光生电子和空穴的复合效率。而该工作中是将ZnIn2S4原位生长在CoS1.097材料上,两者材料之间紧密联系,相互作用。不仅降低了单一ZnIn2S4的团聚现象,还提高了光生电子的传递速率,提高了材料对可见光的吸收,进而在一定程度上提高了材料在可见光下水解产氢的速率。


Heterostructured core–shell CoS1.097@ZnIn2S4 nanosheets for enhanced photocatalytic hydrogen evolution under visible light


通讯作者简介

赵亚婔,郑州大学化工学院,副教授,从事纳米材料、复合材料制备及其在环境、催化、电化学等方面的应用研究。近年在Adv Funct Mater, Nano Res, Chem Eng J, Renew Energy, Appl Clay Sci, J Colloid Interfaces Sci等期刊发表50余篇论文。


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