注册 English

红磷纳米颗粒嵌入花状CeO2分级S型异质结高效光催化产氢

安晨烨 ,  阿比都维力∙司坎代尔 ,  郭雪 ,  朱玉坤 ,  唐华 ,  杨东江

downloadPDF
引用本文: 安晨烨, 阿比都维力∙司坎代尔, 郭雪, 朱玉坤, 唐华, 杨东江. 红磷纳米颗粒嵌入花状CeO2分级S型异质结高效光催化产氢[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240501. doi: 10.3866/PKU.WHXB202405019 shu
Citation:  Chenye An, Sikandaier Abiduweili, Xue Guo, Yukun Zhu, Hua Tang, Dongjiang Yang. Hierarchical S-scheme Heterojunction of Red Phosphorus Nanoparticles Embedded Flower-like CeO2 Triggering Efficient Photocatalytic Hydrogen Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240501. doi: 10.3866/PKU.WHXB202405019 shu

红磷纳米颗粒嵌入花状CeO2分级S型异质结高效光催化产氢

  • 1.

    青岛大学环境工程学院, 山东 青岛 266071

  • 2.

    宁波工程学院, 微纳材料与器件创新研究院, 浙江 宁波 315211

    • 通讯作者: 朱玉坤, yukunzhu@qdu.edu.cn; 唐华, tanghua@qdu.edu.cn; 杨东江, d.yang@qdu.edu.cn
  • 基金项目:

     52102362

     22378219

     52302097

     ts201712030

     tsqn201909102

     tstp20230665

     ZR2021QB022

     ZR2021ME012

     ZR2022QE036

     2023KJ225

摘要: 利用两种能带结构相匹配的半导体设计异质结，是实现太阳能驱动光催化制氢的重要策略之一。特别是S型异质结能够显著加速光生载流子的空间分离和迁移，同时保持较强的氧化还原能力。本文采用化学气相沉积工艺成功合成了红磷(RP)修饰的CeO2(CeO2/RP)的分级S型复合材料。在模拟太阳光照射下，优化的CeO2/RP S型异质结表现出了高效的光催化产氢速率，达到297.8 μmol∙h-1∙g-1，分别是纯CeO2和RP的8.8倍和5.7倍。这种高效的光催化制氢能力主要归因于界面上P—O—Ce键的存在，提供了有效的电荷转移通道，以及CeO2和RP之间形成的内置电场。光生电荷转移路径遵循S型机制，内建电场促使CeO2导带上的光生电子与RP价带上的光生空穴复合，从而使具有较高氧化还原电位的光生电子和空穴分别保留在RP的导带和CeO2的价带上。这项工作为开发具有优异光催化制氢性能的S型异质结光催化系统提供了新的见解和方法。

English

    1. [1]

      Bie, C.; Wang, L.; Yu, J. Chem 2022, 6, 1567. doi: 10.1016/j.chempr.2022.04.013

    2. [2]

      Hernandez, R.; Armstrong, A.; Burney, J.; Ryan, G.; Moore-O'Leary, K.; Diédhiou, I.; Grodsky, S. M.; Saul-Gershenz, L.; Davis, R.; Macknick, J.; et al. Nat. Sustain. 2019, 2, 560. doi: 10.1038/s41893-019-0309-z

    3. [3]

      He, R.; Ran, J. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 157, 107. doi: 10.1016/j.jmst.2023.02.020

    4. [4]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    5. [5]

      Wang, Y.; Vogel, A.; Sachs, M.; Sprick, R. S.; Wilbraham, L.; Moniz, S. J. A.; Godin, R.; Zwijnenburg, M. A.; Durrant, J. R.; Cooper, A. I.; et al. Nat. Energy 2019, 9, 746. doi: 10.1038/s41560-019-0456-5

    6. [6]

      Huang, G.; Ye, W.; Lv, C.; Butenko, D. S.; Yang, C.; Zhang, G.; Lu, P.; Xu, Y.; Zhang, S.; Wang, H.; Zhu, Y.; et al. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 108, 18. doi: 10.1016/j.jmst.2021.09.026

    7. [7]

      Sun, Y.; Pei, X.; Wang, B.; Hau Ng, Y.; Zhu, R.; Zhang, Q.; Deng, J.; Liu, Y.; Jing, L.; Dai, H. Chem. Eng. J. 2023, 463, 142488. doi: 10.1016/j.cej.2023.142488

    8. [8]

      Sikandaier, A.; Zhu, Y.; Yang, D. Chin. J. Struct. Chem. 2024, 43, 100242. doi: 10.1016/j.cjsc.2024.100242

    9. [9]

      Zhu, Y.; Ren, J.; Huang, G.; Dong, C.; Huang, Y.; Lu, P.; Tang, H.; Liu, Y.; Shen, S.; Yang, D. Adv. Funct. 2024, 34, 2311623. doi: 10.1002/adfm.202311623

    10. [10]

      Wang, X.; An, C.; Zhang, S.; Wang, S.; Li, J.; Zhu, Y. Sep. Purif. Technol. 2024, 340, 126733. doi: 10.1016/j.seppur.2024.126733

    11. [11]

      Guo, Z.; Tian, Y.; Dou, G.; Wang, Y.; He, J.; Song, H. Catal. Sci. Technol. 2023, 13, 2714. doi: 10.1039/d3cy00054k

    12. [12]

      Zhu, B.; Cheng, B.; Fan, J.; Ho, W.; Yu, J. Small Struct. 2021, 2, 2100086. doi: 10.1002/sstr.202100086

    13. [13]

      Wu, X.; Chen, G.; Wang, J.; Li, J.; Wang, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212016. doi: 10.3866/pku.Whxb202212016

    14. [14]

      Li, F.; Fang, Z.; Xu, Z.; Xiang, Q. Energy Environ. Sci. 2024, 17, 497. doi: 10.1039/d3ee03282e

    15. [15]

      Zhu, B.; Sun, J.; Zhao, Y.; Zhang, L.; Yu, J. Adv. Mater. 2023, 36, 2310600. doi: 10.1002/adma.202310600

    16. [16]

      Xu, F.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S.; Xu, J.; Yu, J. Nat. Commun. 2020, 11, 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7

    17. [17]

      Lu, J.; Gu, S.; Li, H.; Wang, Y.; Guo, M.; Zhou, G. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 160, 214. doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.027

    18. [18]

      Wu, X.; Chen, G.; Li, L.; Wang, J.; Wang, G. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 167, 184. doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.046

    19. [19]

      Cao, S.; Zhong, B.; Bie, C.; Cheng, B.; Xu, F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2307016. doi: 10.3866/pku.Whxb202307016

    20. [20]

      Fu, J.; Xu, Q.; Low, J.; Jiang, C.; Yu, J. Appl. Catal. B 2019, 243, 556. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.011

    21. [21]

      Ghoreishian, S. M.; Ranjith, K. S.; Park, B.; Hwang, S.-K.; Hosseini, R.; Behjatmanesh-Ardakani, R.; Pourmortazavi, S. M.; Lee, H. U.; Son, B.; Mirsadeghi, S.; et al. Chem. Eng. J. 2021, 419, 129530. doi: 10.1016/j.cej.2021.129530

    22. [22]

      Bai, J.; Shen, R.; Jiang, Z.; Zhang, P.; Li, Y.; Li, X. Chin. J. Catal. 2022, 43, 359. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63883-4

    23. [23]

      Zhu, Y. Zhuang, Y.; Wang, L.; Tang, H.; Meng, X.; She, X. Chin. J. Catal 2022, 43, 2558. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64099-3

    24. [24]

      He, B.; Xiao, P.; Wan, S.; Zhang, J.; Chen, T; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202313172. doi: 10.1002/anie.202313172

    25. [25]

      Dharani, S.; Vadivel, S.; Gnanasekaran, L.; Rajendran, S. Fuel 2023, 349, 128688. doi: 10.1016/j.fuel.2023.128688

    26. [26]

      Li, S.; Ng, Y. H.; Zhu, R.; Lv, S.; Wu, C.; Liu, Y.; Jing, L.; Deng, J.; Dai, H. Appl. Catal. B 2021, 297, 120412. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120412

    27. [27]

      Cai, J.; Li, D.; Jiang, L.; Yuan, J.; Li, Z.; Li, K. Energy Fuels 2023, 37, 4878. doi: 10.1021/acs.energyfuels.3c00120

    28. [28]

      Yan, Y.; Wu, Y.; Wu, Y.; Weng, Z.; Liu, S.; Liu, Z.; Lu, K.; Han, B. ChemSusChem 2024, e202301778. doi: 10.1002/cssc.202301778

    29. [29]

      Zhu, C.; He, Q.; Wang, W.; Du, F.; Yang, F.; Chen, C.; Wang, C.; Wang, S.; Duan, X. J. Colloid Interface Sci. 2022, 620, 253. doi: 10.1016/j.jcis.2022.04.024

    30. [30]

      Yang, D.; Xu, Y.; Pan, K.; Yu, C.; Wu, J.; Li, M.; Yang, F.; Qu, Y.; Zhou, W. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 378. doi: 10.1016/j.cclet.2021.06.035

    31. [31]

      Su, Q.; Li, J.; Wang, B.; Li, Y.; Hou, L. Appl. Catal. B 2022, 318, 121820. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121820

    32. [32]

      Cai, X.; Du, J.; Zhong, G.; Zhang, Y.; Mao, L.; Lou, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2302017. doi: 10.3866/pku.Whxb202302017

    33. [33]

      Zhao, W.; She, T.; Zhang, J.; Wang, G.; Zhang, S.; Wei, W.; Yang, G.; Zhang, L.; Xia, D.; Cheng, Z.; et al. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 85, 18. doi: 10.1016/j.jmst.2020.12.064

    34. [34]

      Wang, A.; Zheng, Z.; Wang, H.; Chen, Y.; Luo, C.; Liang, D.; Hu, B.; Qiu, R.; Yan, K. Appl. Catal. B 2020, 277, 119171. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119171

    35. [35]

      Li, Y.; Qin, T.; Ma, Y.; Xiong, J.; Zhang, P.; Lai, K.; Liu, X.; Zhao, Z.; Liu, J.; Chen, L.; et al. J. Catal. 2023, 421, 351. doi: 10.1016/j.jcat.2023.03.036

    36. [36]

      Zeng, J.; Qi, P.; Wang, Y.; Liu, Y.; Sui, K. J. Hazard. Mater. 2021, 410, 124633. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.124633

    37. [37]

      Qaraah, F. A.; Mahyoub, S. A.; Hezam, A.; Qaraah, A.; Drmosh, Q. A.; Xiu, G. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2637. doi: 10.1016/s1872-2067(21)64038-x

    38. [38]

      Wen, X.-J.; Niu, C.; Zhang, L.; Liang, C.; Zeng, G. Appl. Catal. B 2018, 221, 701. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.09.060

    39. [39]

      Zhou, Q.; Ma, S.; Zhan, S. Appl. Catal. B 2018, 224, 27. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.10.032

    40. [40]

      Zhang, Q.; Wang, Z.; Song, Y.; Fan, J.; Sun, T.; Liu, E. J. Mater. Sci. Technol. 2024, 169, 148. doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.066

    41. [41]

      Sun, L.; Yu, X.; Tang, L.; Wang, W.; Liu, Q. Chin. J. Catal. 2023, 52, 164. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64507-3

    42. [42]

      Zhang, J.; Liu, J.; Meng, Z.; Jana, S.; Wang, L.; Zhu, B. J. Mater. Sci. Technol. 2023, 159, 1. doi: 10.1016/j.jmst.2023.02.044

    43. [43]

      Zhang, L.; Wu, Y.; Tsubaki, N.; Jin, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2302051. doi: 10.3866/pku.Whxb202302051

    44. [44]

      Huang, K.; Feng, B.; Wen, X.; Hao, L.; Xu, D.; Liang, G.; Shen, R.; Li, X. Chin. J. Struct. Chem. 2023, 42, 100204. doi: 10.1016/j.cjsc.2023.100204

    45. [45]

      Li, X.; Kang, B.; Dong, F.; Zhang, Z.; Luo, X.; Han, L.; Huang, J.; Feng, Z.; Chen, Z.; Xu, J.; et al. Nano Energy 2021, 81, 105671. doi: 10.1016/j.nanoen.2020.105671

    46. [46]

      Qiu, J.; Meng, K.; Zhang, Y.; Cheng, B.; Zhang, J.; Wang, L.; Yu, J. Adv. Mater. 2024, 36, e2400288. doi: 10.1002/adma.202400288

    47. [47]

      Li, Z.; Liu, W.; Chen, C.; Ma, T.; Zhang, J.; Wang, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 202208030. doi: 10.3866/pku.Whxb20220803

    48. [48]

      Zhu, J. J.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A. Chin. J. Catal. 2023, 49, 5. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64438-9

    49. [49]

      Liu, B.; Cai, J.; Zhang, J.; Tan, H.; Cheng, B.; Xu, J. Chin. J. Catal. 2023, 51, 204. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64466-3

    50. [50]

      Kakavandi, B.; Moradi, M.; Hasanvandian, F.; Bahadoran, A.; Mohebolkhames, E.; Golshan, M.; Ganachari, S.; Aminabhavi, T. M. Chem. Eng. J. 2024, 487, 150399. doi: 10.1016/j.cej.2024.150399

    51. [51]

      Li, W.; Wang, X.; Lin, J.; Meng, X.; Wang, L.; Wang, M.; Jing, Q.; Song, Y. Nano Energy 2024, 122, 109289. doi: 10.1016/j.nanoen.2024.109289

    52. [52]

      Wang, X.; Han, Y.; Li, W.; Li, J.; Ren, S.; Wang, M.; Han, G.; Yu, J.; Zhang, Y.; Zhao, H. Adv. Opt. Mater. 2023, 12, 2301962. doi: 10.1002/adom.202301962

    53. [53]

      Shi, H.; Li, Y.; Wang, X.; Yu, H.; Yu, J. Appl. Catal. B 2021, 297, 120414. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120414

    54. [54]

      Li, J.; Wang, L.; Yuan, Z.; Li, Y.; Tang, H.; Li, D.; Wang, M.; Cui, J.; Han, W.; Li, G.; et al. Appl. Catal. B 2024, 343, 123558. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.123558

    55. [55]

      Cheng, C.; He, B.; Fan, J.; Cheng, B.; Cao, S.; Yu, J. Adv. Mater. 2021, 33, 2100317. doi: 10.1002/adma.202100317

    56. [56]

      Liang, Z.; Shen, R.; Zhang, P.; Li, Y.; Li, N.; Li, X. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2581. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64130-5

    57. [57]

      Cheng, C.; Zhang, J.; Zhu, B.; Liang, G.; Zhang, L.; Yu, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202218688. doi: 10.1002/anie.202218688

    58. [58]

      Yu, W.; Bie, C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40, 2307022. doi: 10.3866/pku.Whxb202307022

    59. [59]

      Xu, Q.; He, R.; Li, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2211009. doi: 10.3866/pku.Whxb202211009

    60. [60]

      Liu, Z.; Liang, J.; Song, Q.; Li, Y.; Zhang, Z.; Zhou, M.; Wei, W.; Xu, H.; Lee, C.-S.; Li, H.; et al. Appl. Catal. B 2023, 328, 122472. doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122472

    61. [61]

      Shi, Z.; Jin, W.; Sun, Y.; Li, X.; Mao, L.; Cai, X.; Lou, Z. Chin. J. Struct. Chem. 2023, 42, 100201. doi: 10.1016/j.cjsc.2023.100201

    62. [62]

      Yu, Z.; Guan, C.; Yue, X.; Xiang, Q. Chin. J. Catal. 2023, 50, 361. doi: 10.1016/s1872-2067(23)64448-1

    63. [63]

      Xu, Q.; Zhang, L.; Cheng, B.; Fan, J.; Yu, J. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  240
  • HTML全文浏览量:  69
文章相关
  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-05-23
  • 接受日期:  2024-06-24
  • 修回日期:  2024-06-21
  • 网络出版日期:  2024-06-28
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

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net