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ZnCdS基材料光催化分解水产氢研究取得新进展

已有 2806 次阅读 2020-9-18 17:23 |系统分类:论文交流

孙毅东CEJ论文:ZnxCd1-xS基材料光催化分解水产氢研究取得新进展

 

众所周知,在可再生新能源中,氢能的储量丰富且绿色无污染,被认为是最理想的化石能源替代者。ZnxCd1-xS固溶体作为CdS基半导体光催化剂的一种,在没有助催化剂的条件下就可以通过调整自身内部的比例结构来实现高活性光催化产氢,被认为是光催化产氢中的最佳催化剂之一。然而,ZnxCd1-xS的应用仍然受到限制,主要因为它在光催化反应中存在光生电子和空穴的快速复合,以及光腐蚀严重的缺点。目前大量的研究表明,ZnxCd1-xS催化剂的光腐蚀问题可以通过向反应体系中加入牺牲剂得到控制,而光生电子和空穴的复合一般通过离子掺杂、负载助催化剂、负载金属单质(贵金属和非贵金属)、构建异质结等方法来改善。一般认为,通过离子掺杂的方法是为了增加杂质能级,可以使ZnxCd1-xS的带隙改变或者使其费米能级处的电子态密度增加,从而抑制光生电子和空穴的复合。

 

武汉大学物理科学与技术学院 潘春旭教授课题组,长期致力于新型光催化纳米材料制备及其在空气污染处理、能源和微波吸波等领域的研究与应用。最近通过与深圳信息职业技术学院孙亚飞教授、吉林工程技术师范学院等单位合作,博士生孙毅东等人结合双助催化剂的优点,首次合成了Ni/NiS/Zn0.2Cd0.8S三元复合催化剂。与纯Zn0.2Cd0.8S相比,复合催化剂的可见光吸收能力、光电性能以及产氢能力均大大提高,瞬态光电流约提高了18倍,产氢速率提高了83倍。

 

提出其光催化机制为:由于pNiSnZn0.2Cd0.8S形成了p-n结,p-n结可以构建内建电场,能够使光催化反应过程中Zn0.2Cd0.8S导带上的光生电子和价带上的空穴能够转移到NiS的导带和价带上促进电子和空穴分离;而另一助催化剂Ni作为导体同样能够起到转移光生电子的作用,这两种助催化剂的协同效应,大大提高了催化剂的光生电子和空穴的分离效率,从而使其在光催化分解水中表现出了优异的产氢性能。ZCS基光催化剂的设计提供一个新的思路。


研究成果发表在国际著名SCI刊物《Chemical Engineering Journal》上(2021406126878


相关论文信息:

Yidong Sun, Chunyan Xu, Hongyu Ma, Guojun Li, Lili Chen, Yafei Sun, Zhiquan Chen, Pengfei Fang, Qiang Fu, Chunxu Pan: "Synthesis of flower-liked twin crystal ternary Ni/NiS/Zn0.2Cd0.8S catalyst for highly efficient hydrogen production", Chemical Engineering Journal, 2021, 406: 126878 (12 pages). Available online 05 September 2020; published on 15 February 2021. (化学一区top,影响因子(IF):10.65

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126878 

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