二维材料紫磷新进展Small:成功制备紫磷锑单晶,光催化产氢性能优异

摘要:紫磷在析氢过程中也表现出了优异的光催化活性。2022年,Gu及其合作者首次证明紫磷是一种有效的紫外可见光催化析氢反应的光催化剂,在可见光下具有优异的光催化析氢活性

图片

图片


新型半导体紫磷已被证明是最稳定的磷同素异形体,而且在各向异性、力学、电学、光学性能等方面表现优异。紫磷在析氢过程中也表现出了优异的光催化活性。2022年,Gu及其合作者首次证明紫磷是一种有效的紫外可见光催化析氢反应的光催化剂,在可见光下具有优异的光催化析氢活性。同时,紫磷具有层相关的可调谐带隙,理论上预测其空穴迁移率可达7000 cm2 V-1 s-1。能带工程能够显著地调整半导体材料的性能,对于半导体材料进行能带工程改进往往采用合金化或掺杂法。对紫磷进行锑原子替代有助于进一步提高其在上述领域的性能,并开发其在光电子学和纳米电子学方面的潜在应用。

近期,西安交通大学张锦英教授课题组用原子取代法研究了紫磷的能带工程,首次合成了紫磷锑单晶(VP-Sb),并用X射线单晶衍射对其进行了表征,发现其晶体结构与紫磷具有细微的变化。与紫磷相比,紫磷锑的带隙明显减小,导带电位提高。在相同的实验条件下,紫磷锑的光催化氢气析出速率为1473 μmol h−1 g−1,是紫磷的近5倍。实验和理论均证明紫磷锑在抑制光生载流子复合、降低光生载流子转移阻力以及由于能带结构的改变而提高氢原子的吸附自由能等方面都明显优于紫磷,从而具有优异的光催化制氢性能。

通过单晶XRD测定紫磷锑单晶的晶格结构,化学式为P76Sb3.27,保持了原始紫磷的晶体结构。P9和P21位置被磷原子占据,形成了Sb1/P21和Sb2/P9混合占据位点(图1a)。通过扫描电子显微镜(SEM)观察到,块体紫磷锑具有规则的矩形形状,具有明确的切面(图1b)。块体紫磷锑的层状结构也很容易从SEM图像中看到(图1c)。利用超声法可以很容易地将块体紫磷锑剥离成紫磷锑纳米片。与块体紫磷锑类似,通过透射电子显微镜(TEM)也观察到剥离的VP-Sb纳米片具有垂直边缘的矩形形状(图1d)。高角环形暗场图(图1f)和相应的元素映射分析也证实了锑原子在紫磷中的均匀取代。

图片

【图1】 (a) 紫磷锑单晶的晶格结构。(b)块体紫磷锑和(c)其放大的层状结构的SEM图像。(d) 紫磷锑纳米片的HRTEM图像和(e)相应的放大结构。(插图为带轴为[001]的SAED模式)(f) 紫磷锑的HAADF图像及其相应的元素映射分析。

紫外-可见吸收光谱显示紫磷锑比紫磷具有更宽的光学吸收范围(图2a)。两者在350 ~ 500 nm均有较强的吸收,但紫磷锑在500 ~ 780 nm有更强的吸收。在紫外-可见光(350 ~ 780 nm)照射下,紫磷锑的氢气析出率达到1473 μmol h−1 g−1(图2b),是紫磷(299 μmol h−1 g−1)的5倍。紫磷锑光催化析氢活性的显著增强是由于锑取代引起紫磷的能带结构变化,从而进一步加速了光生载流子的分离和输运。利用表面光电压(SPV)技术研究了紫磷锑和紫磷光生载流子的分离和转移。紫磷锑和紫磷均具有正的光电压响应(图2d),表明光产生的空穴被转移到上电极,由于紫磷锑的锑位捕获光生空穴,发现紫磷锑的光电压信号比VP弱得多,从而进一步加速了电子-空穴对的分离,抑制了电子-空穴对的重组。催化剂在氙灯照射下的瞬态光电流响应如图2e所示。紫磷锑的光电流密度(ΔJ = 5.2 μA/cm2)比紫磷锑(ΔJ = 1.0 μA/cm2)高得多,这是由于紫磷锑的光电子和空穴的分离和转移效率更高。电化学阻抗谱(EIS)显示紫磷锑的电弧半径小于紫磷(图2f),表明锑原子取代进一步降低了紫磷的电荷转移阻力,加快了电子-空穴对的转移效率。通过表面光电压、光电流响应和电化学阻抗谱等实验证明,紫磷锑在抑制复合、促进分离、降低光生空穴和电子的转移电阻等方面都优于紫磷,具有优异的光催化制氢性能。

图片

【图2】(a)紫外-可见吸收光谱,(b) 紫磷和紫磷锑光催化析氢性能。(c) 紫磷锑)的光催化稳定性。紫磷和紫磷锑的(d)表面光电压谱,(e)瞬态光电流和(f)电化学阻抗谱。

实验推导出紫磷和紫磷锑的能带结构如图3c所示。锑原子取代使紫磷 (1.64eV)的带隙明显减小到紫磷锑的1.32 eV。紫磷锑的导带电位(-3.84 eV vs.真空能级)高于紫磷 (-4.15 eV vs.真空能级),且比H2/H20还原电位(-4.5 eV)更正。导带能级上移导致紫磷锑的还原活性增强,析氢性能显著提高。同时,紫磷锑的价带位置(-5.16 eV vs.真空)也相对紫磷上移,削弱了空穴的氧化能力,从而抑制了光腐蚀。同时紫磷锑和紫磷的能带结构也通过DFT计算得到验证。理论计算的紫磷锑带隙比紫磷小0.35 eV,与实验结果吻合较好。计算得到紫磷锑的理论导带位置较紫磷略有上移,。紫磷锑的价带位置远高于紫磷,与实验结果吻合较好(图3c)。实验和理论都证明紫磷锑的能带结构比紫磷的能带结构更有利于光催化析氢。

图片

【图3】(a) 基于Kubelka-Munk函数的漫反射光谱。(b) 价带XPS;(c) 相对于真空能级的紫磷锑和紫磷的带边;(d)-(e) 紫磷锑和紫磷的自旋极化电子密度(虚线代表费米能级)。

西安交通大学张锦英教授、肖冰副教授为论文共同通讯作者


论文信息:

Violet Antimony Phosphorus with enhanced photocatalytic Hydrogen Evolution

Xuewen Zhao, Mengyue Gu, Rui Zhai, Yuhao Zhang, Mengting Jin, Yanhao Wang, Jiangfan Li, Yonghong Cheng, Bing Xiao*, Jinying Zhang*

Small

DOI: 10.1002/smll.202302859


查看更多
相关阅读
热门标签
光化学反应仪进口 插烯反应 南京理工大学 光催化矿化产物 CO2 转化为 CO 太阳能驱动耦合催化CO2还原为合成气 光催化实验 光催化N-苯基哌啶的去饱和 β-C(sp3)–H酰胺化方法 光催化合成反应釜 g-C3N4 光催化原理 光催化降解仪器 可见光催化芳香烯烃氧化裂解 光催化降解亚甲基蓝 光催化糖类转化制备5-羟甲基糠醛 去芳香性戊烯基化反应 光化学反应仪哪家比较靠谱 香港城市大学 国产光化学反应仪 光催化甲烷 光催化CO2还原 光催化胺烷基化反应 可见光催化醛的不对称还原炔丙基化反应 大容量光化学反应仪厂家 国内光化学反应仪 光生电荷 多相光催化氧化降解TMP 邻苯二甲酰亚胺 基于芳基噻蒽鎓盐的烯烃 紫外光化学反应仪厂家 光化学反应仪常见问题 光催化合成烯丙基硅化合物 光催化氧化法 烯烃 武汉光化学反应仪价格 上海光化学反应釜 大容量光化学反应仪 光催化降解有机污染物 光催化还原 重庆大学 光化学反应仪报价 高精密光化学反应仪厂家 多功能光化学反应仪 南方科技大学舒伟 JACS 光催化析氢装置 板式微通道反应器 有机 高通量光反应仪报价 有机化合物脱氢偶联 可见光催化 有机合成 南开大学 国产光化学反应仪厂家 光催化制氢设备 二硫化物光化学合成 氨基悬链烯烃 光化学反应釜报价 光催化炔烃合成N-芳基吡咯类化合物 光催化N-苯基哌啶β-C(sp³)–H酰胺化反应 新加坡国立大学 光氧化还原催化芳香醚氢解 光催化塑料降解 ​Angew 磺胺嘧啶 多光源光化学反应仪报价 光催化芳基环丙烷和硝酮偶极环加成反应 光氯化反应釜定制 光催化还原六价铬 芳香族异硫氰酸酯 光催化尾气分解 多试管光化学反应仪多少钱 近红外区光化学反应仪 光催化反应釜厂家 磁力搅拌器 多相光催化氧化降解抗生素 水凝胶 微通道反应器 国产光化学反应仪公司 氮杂环丙烷 光化学 光化学反应仪波波长 光化学反应仪选购 bromide 光催化末端烯烃 光催化甲苯 光催化炔烃生产伯醇 多试管光化学反应仪价格 光催化苯甲醚酰胺化反应 β-内酰胺 光化学反应仪使用指南 香港大学 光催化磺胺嘧啶 光催化制合成三氟甲基酮 纳米光催化剂 芝加哥大学 多相光催化 光催化丙酮 光氯化反应釜厂家 北京理工大学 光反应釜 上海光化学反应仪报价 光催化胺化 福州大学 光化学反应釜如何选择 复旦大学 可见光催化伯胺类化合物 EDA 复合物 光催化芳基环丙烷 天津光化学反应仪报价 光化学反应釜价格 工业级光流体反应器 光化学反应仪市场 光化学反应仪地区分布 光催化析氢设备 多光源光化学反应仪 华中科技大学 CO2光催化还原 多位光化学反应仪报价 西湖大学 加州大学伯克利分校 光催化α-叔碳伯胺合成 光催化反应原理 天津光化学反应仪 光电共催化 光催化析氢有机耦联反应 可换光源 光催化氧化 光化学反应仪厂家排名 光催化合成H2O2 海南光化学反应仪 光催化制H2O2 光化学反应仪 光催化降解环丙沙星 ghx光化学反应仪 光催化合成轴手性N-芳基吡咯 光催化交流研讨会 三氯甲基化反应 北京光化学反应仪 光催化剂种类 光化学反应仪生产厂家 光催化技术 天津大学雷圣宾教授课题组 光化学反应仪选哪家 安徽大学 光催化甲烷制甲醇 光化学反应仪器生产厂家 布里斯托大学 二氟烷基自由基加成 光催化芳香醚氢解 光降解反应釜 可见光催化还原炔丙基化反应 光化学反应仪哪家好 光催化制氨基酸 二芳基二氢吩嗪基多孔有机聚合物 郑州大学 多功能光反应仪 光催化实验设备 中国地质大学 光催化合成酰基酮产物 烯醇硅醚转化为α,β-环氧酮 光催化降解设备 烯烃二卤化 光催化水分解制氢 光催化脱氢还原 光氯化反应釜 非均相光催化 光催化有机污染物降解 大连工业大学 宾夕法尼亚大学 糠醛 光化学反应仪光源 光化学反应仪应用 光催化甲烷无氧偶联制乙烯 四川大学 光氧化还原 光催化还原反应釜 光催化制苯甲酸 光催化降解四环素 水制氢 光化学反应仪进口风险 厦门大学 武汉大学 可见区光化学反应仪 光催化降解反应釜 哈尔滨工业大学 光化学反应仪功率 上海光化学反应仪厂家 光催化脱羧反应 光催化H2O2 高压光化学反应釜 光催化还原制酮 光催化氧化还原 光催化苯甲醚酰胺化 叔烷基胺 烯丙基sp3 C–H键烷基化 微反应器 可见光催化烯烃双官能团化反应 多位光化学反应仪厂家 光化学反应仪说明书 光化学合成 光催化析氢反应器 光化学反应仪采购 贵州大学 大连理工大学 可见光催化氧化脱氢 南京光化学反应仪 金属氧化物光催化剂 山东大学 前景 光化学反应仪贵吗 光催化合成乙烷 可见光催化葡萄糖产HMF 光催化制乙烯 偶氮苯 羧化反应 聚合物 光催化氧化反应釜 平行光反应仪品牌 光催化Meerwein型溴芳 高通量光反应仪厂家 偶联 高压光化学反应釜厂家 光催化反应釜 曼彻斯特大学 光催化制α‑叔伯胺 普林斯顿大学 光催化还原CO2 偕溴代硝基环丁烷 北京大学 自由基 光催化Meerwein型溴芳基化反应 上海光化学反应仪厂家排名 叠氮化物 光催化配套设备 光催化降解 光催化丙酮偶联制备2,5-己二酮 多位光化学反应仪 光氧化 可见光催化二氯化 氟聚合物 常州光化学反应仪价格 光催化三氯甲基烯烃内酯化 光化学反应仪使用说明书 双供体-受体有机网络光合成过氧化氢 光催化氧化二氧化硫 光催化 光催化烯烃 光化学反应仪多少钱 江苏大学 光催化制氢反应仪 光催化合成α‑叔伯胺 郑州光化学反应仪厂家 光催化苯甲醚类化合物 拉曼区光化学反应仪 光催化自由基脱羧偶联反应 实验室光化学反应仪 PHECOO 光化学反应釜 精密光化学反应仪 光化学反应仪市场分布 郑州光化学反应仪报价 光催化脱硫反应釜 华南师范大学 脂肪族异硫氰酸酯 同济大学 光催化缺电子吲哚衍生物 光催化有机合成 光催化胺烷基化 康奈尔大学 东京大学 溴代烷烃 氮化硼 光化学反应仪用途 光催化氯化苄自偶联反应 常州光化学反应仪 光催化氧化糠醛 国内光化学反应仪现状 常州光化学反应仪厂家 光催化合成C4化合物 光催化生物质脱氢 Nature CO2还原 光催化降解法 OER 实验室光催化反应釜 光催化环丙烷的去消旋化 溴二氟烷基 武汉光化学反应仪 光催化水净化器 光催化合成2-哌啶酮 光催化硫醚化反应 多试管光化学反应仪 光化学反应釜厂家 光催化环丙烷 酮烯胺 大容量光化学反应仪价格 光催化还原制烯烃 光催化生成2-吲哚酮 光催化制甲醇 平行光反应仪厂家 光催化酰胺化反应 有机光催化合成2-哌啶酮 中国矿业大学 光催化降解有机物 广东工业大学 光催化合成苯并噻唑衍 光催化炔烃 光流体微反应器厂家 光反应器点光源 光化学反应仪价格 海南光化学反应仪厂家 光催化合成C₂H₆ 光催化合成三氟甲基酮 光催化析氢 光催化降解装置 光催化合成含硼杂环化合物 加州理工大学 光催化还原法 光催化有机污染物矿化 三甲基氯硅烷 齐齐哈尔大学 光化学反应仪光源分类 羧酸 吉林大学 光催化应用 臭氧氧化 喹啉 烯丙基sp3 C–H键的选择性芳基化 亚甲基蓝 光化学反应仪维护 光催化合成过氧化氢 光诱导 光催化空气净化 清华大学 光催化CH4制C2H4 光催化伯胺类化合物 可见光驱动有机转化 马来酰亚胺 开普敦大学 光驱动耦合催化CO2还原为合成气 光催化制乙烷 光催化1,2-氨基醇合成 光催化末端烯烃生产伯醇 光催化制氢 Au-CeO2 光反应器LED光源 北京光化学反应仪报价 光催化烷基溴三氟乙酰化反应 电化学 光催化剂选择 平行光化学反应仪 上海大学 光催化降解技术 华南理工大学 光催化析氢实验装置 光催化丙烯醛自由加成反应 阿德莱德大学 异相光催化氯化苄自偶联 光流体微反应器 钍簇 光催化氧化技术 平行光反应仪厂家排名 黄素光催化去饱和与环氧反应 复旦大学张立武 朴玲钰 光化学反应仪哪家性价比高 加州大学洛杉矶分校 Science 光化学反应仪精度 光催化还原技术 氢烯基化 光催化反应器 中山大学 高精密光化学反应仪报价 光催化合成N-烷基苯胺 硝基芳烃 多功能光化学反应仪器 光催化三氟乙酰化反应 光化学衍生装置 光合成生物学 郑州光化学反应仪 光催化烯烃异构化 浙江大学 平行光反应仪 合成气和烯丙基sp3 C–H键的选择性芳基化/烷基化 清洁可再生能源化学合成 陕西科技大学 高精密光化学反应仪 急需光化学反应仪 光催化硅基羧酸化合物 光催化合成α-硼基醛 邻苯二甲酰亚胺自由基 光化学反应仪转速 可见光催化葡萄糖 剑桥大学 光催化制氢产率 南京光化学反应仪哪家好 西安交通大学 海南光化学反应仪价格 实验室光化学反应釜 南京光化学反应仪选哪个品牌 有机光光合成过氧化氢 溴烷基化反应 光化学反应仪厂家 自由基加成反应 光催化还原重金属离子 甲烷 光催化芬顿降解 光催化烯丙基醋酸酯 紫外光化学反应仪多少钱 钙钛矿光催化剂 华中师范大学 光化学反应仪LED光源 光催化磺胺嘧啶降解 ghx光化学反应仪优势 可见光催化合成苯酚 光催化硝酮 光流体微反应器多少钱 光化学反应仪时间设置 光催化产业化 光化学反应釜类型 光催化苯甲醚 光化学反应仪配套设备 上海多试管光化学反应仪 光电催化 可见光催化穿梭二溴化 N-烷基苯胺 光催化合成 光催化胺烷基化构建α‑叔伯胺 洛桑联邦理工学院 工业级光催化降解反应釜 多电子 光催化降解磺胺甲恶唑抗生素 天津光化学反应仪厂家 丙酮光催化脱氢偶联制备2,5-己二酮 常温常压光解塑料 中国科学技术大学 红外区光化学反应仪 铀酰光催化烯烃氧化裂解 硼化 光化学反应仪哪个品牌好 多相光催化氧化降解废水中抗生素 磺胺甲恶唑抗生素 上海光化学反应仪 工业级光化学反应仪 光催化过氧化氢 光化学反应仪光源选择 光化学反应仪波波长选择 光化学反应仪器厂家 光催化甲苯氧化 二维富勒烯 光催化水分解产氢 光催化水消毒 光催化产氢装置 光化学反应仪设备 金属笼光催化制氢 高压光化学反应釜报价 武汉光化学反应仪厂家 光催化烯烃的溴烷基化反应 光合成 光催化氧化氮氧化物 多试管光化学反应仪厂家 寡聚物 芳香烯烃高效氧化裂解 马来酰亚胺衍生物 多位平行反应釜 光催化分解水制氢 可见光催化从环己酮 华东理工大学 光流体反应器 光催化产氢 水裂解 光化学反应仪规格 LED光化学反应仪 XPA光化学反应仪 丙烯酰苯胺自由基环化反应 紫外光化学反应仪 实验室光反应釜 光催化合成苯甲酸 光反应器光源 光催化制备2,5-己二酮 光铜共催化的自由基脱羧偶联反应 中国科学院 光化学反应仪怎么选择 光催化水分解 实验室级光化学反应仪 多光源光化学反应仪厂家 光流体微反应器报价

18221306212