2D纳米金属ZnIn2S4的界面电子调制与边缘装饰的Ni集群用于加速光催化H2进化
Nan Zhang1, Gang Li1, Zhichao Yu1
1Institute of Energy Innovation, College of Materials Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, 030024, China. ligang02@tyut.edu.cn.
Nanoscale
|September 6, 2023
概括
这项研究设计了一种ZnIn2S4 (ZIS) 和Ni集群异构结构,用于增强光催化演化反应 (HER). 优化的催化剂通过改善电荷载体分离和表面反应,实现了15.4倍更高的生产率.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
- 摄影化学的使用.
背景情况:
- 在光催化剂-共催化剂接口上优化电子结构是高效演化反应 (HER) 的关键.
- 二维ZnIn2S4 (ZIS) 具有潜力,但需要增强的联合催化剂集成,以获得卓越的性能.
研究的目的:
- 设计一个ZIS-Ni集群异构结构,以优化界面电子特性,以改善光催化HER.
- 调查Ni集群装饰在ZIS (110) 边缘面的作用,以增强电荷载体动态.
主要方法:
- 通过化学浴沉积制备2D纳米金属样ZIS,暴露 (110) 面.
- 在Ni集群共催化剂在ZIS (110) 边缘站点上的in-situ光沉积.
- 在模拟的阳光下测量光催化生产速度,并确定明显的量子产量.
- 实验性表征和密度函数理论 (DFT) 计算来分析界面特性和反应机制.
主要成果:
- ZIS-Ni集群复合材料的气生产率为26.80 mmol g-1 h-1,是原始ZIS的15.4倍.
- 在420nm时达到61.68%的最先进的表面量子产量.
- DFT的计算和表征证实了由于Ni集群诱导的界面电子再分配而增强的电荷载体分离和迁移.
- 证明了接近零的吉布斯自由能量屏障用于中间吸附/脱附,有利于HER.
结论:
- 在ZIS (110) 边缘站点上的Ni集群的自发光沉积有效地设计了接口电子属性.
- 优化的异构结构协同促进了电荷载体分离和表面氧化还原反应,从而提高了光催化HER的性能.
- 这种接口工程方法为开发用于生产的高性能光催化剂提供了途径.
