引入内建电场增强光载流子分离以促进H2的生产

孙培培 张锦源 宋艳华 莫曌 陈志刚 许晖

引用本文: 孙培培, 张锦源, 宋艳华, 莫曌, 陈志刚, 许晖. 引入内建电场增强光载流子分离以促进H2的生产[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 231100. doi: 10.3866/PKU.WHXB202311001 shu
Citation:  Peipei Sun, Jinyuan Zhang, Yanhua Song, Zhao Mo, Zhigang Chen, Hui Xu. Built-in Electric Fields Enhancing Photocarrier Separation and H2 Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 231100. doi: 10.3866/PKU.WHXB202311001 shu

引入内建电场增强光载流子分离以促进H2的生产

    通讯作者: 宋艳华, songyh@just.edu.cn; 莫曌, zhaomo@ujs.edu.cn; 许晖, xh@ujs.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22378174

    国家自然科学基金 21878134

    国家自然科学基金 22208129

    国家自然科学基金 22108110

摘要: 内建电场被认为是促进电荷迁移和分离,以提高光催化性能的有效驱动因素。本工作通过一步溶剂热法合成了间隙氯和取代氯共掺杂的一维纳米棒Mn0.2Cd0.8S (MCS)。间隙氯和取代氯的掺杂导致MCS纳米棒中的电荷分布不平衡,形成内建电场,有利于提高光生载流子动力学。通过密度泛函理论计算,本研究通过对电子结构、电荷分布和H2吸附/解吸平衡差异的研究,直观地描述了间隙氯和取代氯的掺杂对MCS活性的影响。有趣的是,MCS能带结构的调控主要源于间隙氯的贡献,而取代氯无贡献。同时,取代氯可以进一步促进间隙氯对MCS的H2吸附-脱附吉布斯自由能的优化。最终,0.9 Cl-MCS的H2吸附-脱附吉布斯自由能更有利于H2的产生(1.14 vs. 0.17 eV),光催化产H2活性提高了9倍。本研究为在双金属硫化物光催化剂中构建内建电场提供了有价值的途径。

English

    1. [1]

      Hansora, D. Matter 2023, 6, 2501. doi: 10.1016/j.matt.2023.05.006

    2. [2]

      Rahman, M. Z.; Raziq, F.; Zhang, H.; Gascon, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305385. doi: 10.1002/anie.202305385

    3. [3]

      Li, Y.; Yu, S.; Xiang, J.; Zhang, F.; Jiang, A.; Duan, Y.; Tang, C.; Cao, Y.; Guo, H.; Zhou, Y. ACS Catal. 2023, 13, 8281. doi: 10.1021/acscatal.3c01210

    4. [4]

      Yan, Z.; Yin, K.; Xu, M.; Fang, N.; Yu, W.; Chu, Y.; Shu, S. Chem. Eng. J. 2023, 472, 145066. doi: 10.1016/j.cej.2023.145066

    5. [5]

      Zhang, J.; Pan, Y.; Feng, D.; Cui, L.; Zhao, S.; Hu, J.; Wang, S.; Qin, Y. Adv. Mater. 2023, 35, e2300902. doi: 10.1002/adma.202300902

    6. [6]

      Zhu, Y.; Deng, W.; Tan, Y.; Shi, J.; Wu, J.; Lu, W.; Jia, J.; Wang, S.; Zou, Y. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2304985. doi: 10.1002/adfm.202304985

    7. [7]

      Khan, K.; Tao, X.; Shi, M.; Zeng, B.; Feng, Z.; Li, C.; Li, R. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2003731. doi: 10.1002/adfm.202003731

    8. [8]

      Sun, B.; Bu, J.; Chen, X.; Fan, D.; Li, S.; Li, Z.; Zhou, W.; Du, Y. Chem. Eng. J. 2022, 435, 135074. doi: 10.1016/j.cej.2022.135074

    9. [9]

      Liu, W.; Wang, Y.; Huang, H.; Wang, J.; He, G.; Feng, J.; Yu, T.; Li, Z.; Zou, Z. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7181. doi: 10.1021/jacs.2c12182

    10. [10]

      Du, C.; Zhang, Q.; Lin, Z.; Yan, B.; Xia, C.; Yang, G. Appl. Catal. B Environ. 2019, 248, 193. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.02.027

    11. [11]

      Hua, W.; Xia, J.; Hu, Z.; Li, H.; Lv, W.; Yang, Q. J. Electrochem. 2023, 29, 2217006. doi: 10.13208/j.electrochem.2217006

    12. [12]

      曹爽, 钟博, 别传彪, 程蓓, 徐飞燕. 物理化学学报, 2024, 40, 2307016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307016Cao, S.; Zhong, B.; Bie, C.; Cheng, B.; Xu, F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2307016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202307016

    13. [13]

      刘珊池, 王凯, 杨梦雪, 靳治良. 物理化学学报, 2022, 38, 2109023. doi: 10.3866/PKU.WHXB202109023Liu, S.; Wang, K.; Yang, M.; Jin, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2109023. doi: 10.3866/PKU.WHXB202109023

    14. [14]

      姜志民, 陈晴, 郑巧清, 沈荣晨, 张鹏, 李鑫. 物理化学学报, 2021, 37, 2010059. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010059Jiang, Z.; Chen, Q.; Zheng, Q.; Shen, R.; Zhang, P.; Li, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010059. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010059

    15. [15]

      Huang, W.; Li, Z.; Wu, C.; Zhang, H.; Sun, J.; Li, Q. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 120, 89. doi: 10.1016/j.jmst.2021.12.028

    16. [16]

      Ikeue, K.; Shinmura, Y.; Machida, M. Appl. Catal. B-Environ. 2012, 123–124, 84. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.04.019

    17. [17]

      Wu, L.; Li, M.; Zhou, B.; Xu, S.; Yuan, L.; Wei, J.; Wang, J.; Zou, S.; Xie, W.; Qiu, Y.; et al. Small 2023, e2303821. doi: 10.1002/smll.202303821

    18. [18]

      Xiong, M.; Qin, Y.; Chai, B.; Yan, J.; Fan, G.; Xu, F.; Wang, C.; Song, G. Chem. Eng. J. 2022, 428, 131069. doi: 10.1016/j.cej.2021.131069

    19. [19]

      Li, Z.; Huang, W.; Liu, J.; Lv, K.; Li, Q. ACS Catal. 2021, 11, 8510. doi: 10.1021/acscatal.1c02018

    20. [20]

      Wu, C.; Huang, W.; Liu, H.; Lv, K.; Li, Q. Appl. Catal. B Environ. 2023, 330, 122653. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122653

    21. [21]

      Zhao, D.; Wang, Y.; Dong, C. L.; Huang, Y. C.; Chen, J.; Xue, F.; Shen, S.; Guo, L. Nat. Energy 2021, 6, 388. doi: 10.1038/s41560-021-00795-9

    22. [22]

      Zhang, Z.; Jia, F.; Kong, F.; Wang, M. Small 2023, 19, e2300810. doi: 10.1002/smll.202300810

    23. [23]

      Wang, J.; Zhang, Y.; Jiang, S.; Sun, C.; Song, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202307808. doi: 10.1002/anie.202307808

    24. [24]

      Li, F.; Yue, X.; Liao, Y.; Qiao, L.; Lv, K.; Xiang, Q. Nat. Commun. 2023, 14, 3901. doi: 10.1038/s41467-023-39578-z

    25. [25]

      Liu, S.; Qi, W.; Liu, J.; Meng, X.; Adimi, S.; Attfield, J. P.; Yang, M. ACS Catal. 2023, 13, 2214. doi: 10.1021/acscatal.2c05075

    26. [26]

      Li, L.; Song, L.; Zhang, X.; Zhu, S.; Wang, Y. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 2505. doi: 10.1021/acsaem.1c04033

    27. [27]

      Wang, W.; Jiang, Y.; Yang, Y.; Xiong, F.; Zhu, S.; Wang, J.; Du, L.; Chen, J.; Cui, L.; Xie, J.; et al. ACS Nano 2022, 16, 17097. doi: 10.1021/acsnano.2c07399

    28. [28]

      Li, H.; Qin, X.; Zhang, X.; Jiang, K.; Cai, W. ACS Catal. 2022, 12, 12750. doi: 10.1021/acscatal.2c04358

    29. [29]

      Jiao, W.; Li, N.; Wang, L.; Wen, L.; Li, F.; Liu, G.; Cheng, H. M. Chem. Commun. 2013, 49, 3461. doi: 10.1039/c3cc40568k

    30. [30]

      Khan, S.; Ruwer, T. L.; Khan, N.; Köche, A.; Lodge, R. W.; Coelho-Júnior, H.; Sommer, R. L.; Santos, M. J. L.; Malfatti, C. F.; Bergmann, C. P.; et al. J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12214. doi: 10.1039/D0TA11494D

    31. [31]

      Mee Rahn, K.; Karol, M.; Mauro, P.; Rosaria, B.; Sotirios, C.; Mirko, P.; Sergio, M.; Liberato, M. ACS Nano 2012, 6, 11088. doi: 10.1021/nn3048846

    32. [32]

      Liu, K.; Wang, J.; Yang, J.; Zhao, D.; Chen, P.; Man, J.; Yu, X.; Wen, Z.; Sun, J. Chem. Eng. J. 2021, 407, 127190. doi: 10.1016/j.cej.2020.127190

    33. [33]

      Huang, H.; Dai, B.; Wang, W.; Lu, C.; Kou, J.; Ni, Y.; Wang, L.; Xu, Z. Nano Lett. 2017, 17, 3803. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b01147

    34. [34]

      Zhang, Q.; Chen, X.; Yang, Z.; Yu, T.; Liu, L.; Ye, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 3970. doi: 10.1021/acsami.1c19638

    35. [35]

      Zhang, Y.; Cheng, C.; Xing, F.; Li, Z.; Huang, C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 31364. doi: 10.1021/acsami.3c02662

    36. [36]

      Zhong, W.; Huang, Y.; Wang, X.; Fan, J.; Yu, H. Chem. Commun. 2020, 56, 9316. doi: 10.1039/d0cc01191f

    37. [37]

      Li, W.; Wang, F.; Liu, X.; Dang, Y.; Li, J.; Ma, T.; Wang, C. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 313, 121470. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121470

    38. [38]

      Vaquero, F.; Navarro, R. M.; Fierro, J. L. G. Appl. Catal. B-Environ. 2017, 203, 753. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.10.073

    39. [39]

      Prabhu, R. R.; Khadar, M. A. Bull. Mater. Sci. 2008, 31, 511. doi: 10.1007/s12034-008-0080-7

    40. [40]

      Cao, M.; Wang, K.; Tudela, I.; Fan, X. Appl. Surf. Sci. 2021, 536, 147784. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147784

    41. [41]

      Zhao, Y.; Zhang, P.; Yang, Z.; Li, L.; Gao, J.; Chen, S.; Xie, T.; Diao, C.; Xi, S.; Xiao, B.; et al. Nat. Commun. 2021, 12, 3701. doi: 10.1038/s41467-021-24048-1

    42. [42]

      Chen, L.; Chen, C.; Yang, Z.; Li, S.; Chu, C.; Chen, B. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2105731. doi: 10.1002/adfm.202105731

    43. [43]

      Sun, P.; Chen, Z.; Zhang, J.; Wu, G.; Song, Y.; Miao, Z.; Zhong, K.; Huang, L.; Mo, Z.; Xu, H. Appl. Catal. B-Environ. 2023, 123337. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.123337

    44. [44]

      Xia, L.; Sun, Z.; Wu, Y.; Yu, X.; Cheng, J.; Zhang, K.; Sarina, S.; Zhu, H.; Weerathunga, H.; Zhang, L.; et al. Chem. Eng. J. 2022, 439, 135668. doi: 10.1016/j.cej.2022.135668

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  297
  • HTML全文浏览量:  78
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2023-11-01
  • 接受日期:  2023-12-14
  • 修回日期:  2023-12-13
  • 网络出版日期:  2023-12-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章