​乔世璋&冉景润AEM:TiO2/FePS3 S-型异质结助力光催化HER

本文报道了一种由TiO2纳米颗粒(NPs)锚固的2D FePS3(2D FPS NSs)纳米片

​乔世璋&冉景润AEM:TiO2/FePS3 S-型异质结助力光催化HER
太阳能转化为氢气(Solar-to-hydrogen, STH)被认为是一种将可再生太阳能转化为无碳氢气的诱人途径。受贵金属助剂效率低、成本高的限制,实现现实的STH转化需要高性能、高性价比的光催化剂。
基于此,澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授和冉景润博士(共同通讯作者)等人报道了一种由TiO2纳米颗粒(NPs)锚固的2D FePS3(2D FPS NSs)纳米片,形成TiO2/FePS3的S-型异质结,具有较强的内电场,并对其进行了光催化析氢反应(HER)测试。
​乔世璋&冉景润AEM:TiO2/FePS3 S-型异质结助力光催化HER
所制备的TiO2/FePS3的H2析出速率为99.5 µmol h-1 g-1,比单独的TiO2的H2析出速率高约1686%。通过瞬态光致发光/表面光电压谱、原位AFM-KPFM、原位X射线光电子能谱(XPS)和基于同步加速器的X射线吸收近边缘结构(XANES)等一系列表征研究了这一速率急剧增加的原因。
值得注意的是,在光激发下,原位AFM-KPFM对制备的TiO2/FePS3的光生电荷迁移路径和表面电位变化进行了可视化。
​乔世璋&冉景润AEM:TiO2/FePS3 S-型异质结助力光催化HER
此外,原位XPS和理论计算揭示了TiO2和FPS之间密切的电子相互作用。结果表明,TiO2 NPs与新型2D FPS NSs耦合可形成基于n-p半导体体系的S-型异质结,不仅极大促进了电子-空穴分离/输运,而且还分别将具有较高氧化还原能力的电子和空穴保留在FPS导带和TiO2价带上。
因此,TiO2/FePS3 S-型异质结的光催化析氢速率显著提高。该工作有助于设计和制备新型的基于2D材料的光催化S-型异质结。
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TiO2/FePS3 S-Scheme Heterojunction for Greatly Raised Photocatalytic Hydrogen Evolution. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202201449.
https://doi.org/10.1002/aenm.202201449.

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