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Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution through Electronic Structure and Wettability Adjustment of ZnIn_(2)S_(4)/Bi_(2)O_(3) S-Scheme Heterojunction 被引量:1
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作者 linfeng Xiao Wanlu Ren +4 位作者 Shishi Shen Mengshan Chen Runhua liao Yingtang Zhou xibao li 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第8期50-63,共14页
The production of renewable fuels through water splitting via photocatalytic hydrogen production holds significant promise.Nonetheless,the sluggish kinetics of hydrogen evolution and the inadequate water adsorption on... The production of renewable fuels through water splitting via photocatalytic hydrogen production holds significant promise.Nonetheless,the sluggish kinetics of hydrogen evolution and the inadequate water adsorption on photocatalysts present notable challenges.In this study,we have devised a straightforward hydrothermal method to synthesize Bi_(2)O_(3)(BO)derived from metal‐organic frameworks(MOFs),loaded with flower-like ZnIn_(2)S_(4)(ZIS).This approach substantially enhances water adsorption and surface catalytic reactions,resulting in a remarkable enhancement of photocatalytic activity.By employing triethanolamine(TEOA)as a sacrificial agent,the hydrogen evolution rate achieved with 15%(mass fraction)ZIS loading on BO reached an impressive value of 1610μmol∙h^(−1)∙g^(−1),marking a 6.34-fold increase compared to that observed for bare BO.Furthermore,through density functional theory(DFT)and ab initio molecular dynamics(AIMD)calculations,we have identified the reactions occurring at the ZIS/BO S-scheme heterojunction interface,including the identification of active sites for water adsorption and catalytic reactions.This study provides valuable insights into the development of high-performance composite photocatalytic materials with tailored electronic properties and wettability. 展开更多
关键词 S-scheme Hydrogen evolution WETTABILITY PHOTOCATALYSIS Electronic structure
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全有机S型异质结PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化剂增强光催化性能 被引量:16
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作者 李喜宝 刘积有 +5 位作者 黄军同 何朝政 冯志军 陈智 万里鹰 邓芳 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第6期157-170,共14页
有机光催化剂以其适宜的氧化还原能带、低成本、高化学稳定性、分子结构和电子结构的可调控性而备受关注。PDI-Ala(N,N’-二(丙酸)-苝-3,4,9,10-四羧酸二亚胺)是一种新型的有机光催化剂,具有较强的可见光响应、低价带位置、强氧化能力... 有机光催化剂以其适宜的氧化还原能带、低成本、高化学稳定性、分子结构和电子结构的可调控性而备受关注。PDI-Ala(N,N’-二(丙酸)-苝-3,4,9,10-四羧酸二亚胺)是一种新型的有机光催化剂,具有较强的可见光响应、低价带位置、强氧化能力等特点。然而,低的光生电荷转移速率和高的载流子复合率限制了它的应用。由于g-C_(3)N_(4)存在芳香杂环结构且PDI-Ala的刚性平面结构存在着离域大π键,g-C_(3)N_(4)和PDI-Ala可以通过π–π相互作用和N―C键紧密结合。通过硫掺杂g-C_(3)N_(4)合成了S-C_(3)N_(4),其能带结构相比于g-C_(3)N_(4)更能与PDI-Ala相匹配。电子离域效应、内建电场和新形成的界面化学键共同促进了PDI-Ala与S-C_(3)N_(4)之间光生载流子的分离与迁移。因此,采用原位自组装的方法制备了一种由有机半导体PDI-Ala和S-C_(3)N_(4)组成的S型(阶梯型)异质结光催化剂。在制备过程中,PDI-Ala通过横向氢键和纵向π–π堆积自组装成超分子。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UVVis-DRS)、电化学阻抗谱(EIS)、Mott-Schottky曲线(MS)等多种表征方法,对PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化剂的晶体结构、形貌、价态、光学性能、稳定性和能带结构进行了系统的分析和研究;利用密度泛函理论(DFT)计算了材料的功函数和界面耦合特性。研究了合成的光催化剂在H2O2生产中的光催化活性以及在可见光照射下对四环素(TC)和对硝基苯酚(PNP)的降解作用。该S型异质结具有能带匹配和紧密的界面结合,加速了分子间的电子转移,拓宽了异质结的可见光响应范围。此外,在PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)光催化降解反应过程中,产生并积累了多种活性物种(h^(+)、·O^(-)_(2)和H_(2)O_(2))。因此,PDI-Ala/SC_(3)N_(4)异质结在降解TC、PNP和H_(2)O_(2)生产方面表现出更强的光催化性能。在可见光照射下,30%PDI-Ala/S-C_(3)N_(4)样品在90 min内去除了90%的TC,H_(2)O_(2)的产率为28.3μmol·h^(-1)·g^(-1),分别是PDI-Ala的2.9倍和S-C_(3)N_(4)的1.6倍。结果表明,由苝二酰亚胺(PDIs)基超分子和S-C_(3)N_(4)组成的全有机光催化剂可有效地用于降解有机污染物和生产H_(2)O_(2)。本研究不仅为全有机S型异质结的设计提供了一种新的策略,而且为理解具有有效界面键合的异质结构催化剂的构效关系提供了新的见解和参考。 展开更多
关键词 可见光光催化 S型异质结 C_(3)N_(4) Π-Π相互作用 H_(2)O_(2)
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0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H_(2)O_(2) 被引量:7
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作者 昝忠奇 李喜宝 +3 位作者 高晓明 黄军同 罗一丹 韩露 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期99-111,共13页
光生载流子的快速复合制约着BiOBr的光催化性能,通过构建界面紧密结合的异质结可以有效地解决这个问题。在本研究中,通过采用简单的高温高压水热法,首次在二维(2D)BiOBr表面上成功复合了零维(0D)的g-C3N4量子点(CNQDs),并形成了具有紧... 光生载流子的快速复合制约着BiOBr的光催化性能,通过构建界面紧密结合的异质结可以有效地解决这个问题。在本研究中,通过采用简单的高温高压水热法,首次在二维(2D)BiOBr表面上成功复合了零维(0D)的g-C3N4量子点(CNQDs),并形成了具有紧密接触界面的0D/2D CNQDs/BiOBr S型异质结,主要原因是CNQDs杂环中的π电子与BiOBr产生了相互作用。CNQDs/BiOBr-1.50%复合材料在光照下降解四环素(TC)、环丙沙星(CIP)和产H_(2)O_(2)的表观反应速率常数k值分别是BiOBr的2.02、2.91和1.54倍。在循环测试中,CNQDs/BiOBr-1.50%显示出相对较高的光催化活性和结构稳定性。通过X射线光电子能谱(XPS)分析,明确CNQDs中的π电子与BiOBr具有相互作用,确认了异质结中光生电子的转移方向。CNQDs/BiOBrS型异质结的成功构建使其具有非凡的光催化稳定性和活性。更多活性物质的产生和稳定的催化活性归因于电子和空穴的独特转移机制。CNQDs/BiOBrS型异质结的特殊的电子-空穴转移机理实现了载流子在空间的有效分离和转移,且在光照条件下,催化剂上产生了更多的活性自由基,CNQDs/BiOBr复合材料的光催化活性和产H_(2)O_(2)的能力显著增强。这项工作将为构建用于降解有机污染物和原位产H_(2)O_(2)的0D/2D S型异质结提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 光催化 量子点 S型异质结 催化活性 H_(2)O_(2)
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