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利用缺陷富集二氧化钛基异质结光催化剂定制可见光到近红外活性二维 MXene,用于产生绿色氢气

ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-01-03 , DOI: 10.1021/acsami.3c13075
Sudeshna Das Chakraborty 1 , Uttam Kumar 1 , Pallab Bhattacharya 1, 2 , Trilochan Mishra 1, 2
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宽的太阳光吸收窗口及其利用、长期稳定性和改进的界面电荷转移是可扩展和卓越的太阳能光催化性能的关键。基于此目标,开发了一种不含贵金属的复合光催化剂,采用导电MXene(Ti 3 C 2 )和半导体花椰菜形CdS和多孔Cu 2 O。对TiO y @Ti 3 C 2进行XPS、HRTEM和ESR分析确认在水热处理过程中,Ti 3 C 2表面形成了足够的缺陷富集的 TiO y (其中y < 2),从而产生了具有足够氧空位的第三个半导体位点。最终材料TiO y @Ti 3 C 2 /CdS/Cu 2 O显示出300至2000 nm的宽吸收窗口,覆盖太阳光谱的可见光到近红外(NIR)范围。二元复合材料(TiO y @Ti 3 C 2 /CdS)和三元复合材料(TiO y @Ti 3 C 2 /CdS/Cu 2 O)光催化产氢活性分别为12.23和16.26 mmol g –1 h –1 ),使用乳酸作为空穴清除剂,在可见光-近红外光下分别具有良好的重复性。由于近红外光吸收,三元复合材料的效率明显提高了1.53 mmol g –1 h –1,支持了电子的固有上转换,这将为太阳光利用开辟新的前景。 EIS 图上电荷转移电阻的降低和 PL 强度的降低使得三元复合材料中的界面电荷分离得到改善。与纯CdS相比,不含贵金属的三元复合材料的H 2生成效率提高了29.6倍,表观量子效率为12.34%。缺陷富集的 TiO y形成、在 Ti 3 C 2片上形成适当的双 p-n 结(由莫特-肖特基图支持)、显着的近红外光吸收、增加的电子迁移率以及导电 Ti 上的电荷转移的协同效应即使在多次重复循环之后, 3 C 2层仍有助于显着提高氢析出速率。预计,具有所需界面工程的缺陷富集双 p-n 结的基于 2D MXene 的异质结构将有助于在广泛的太阳光谱范围内实现可扩展的光催化水分解。




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更新日期:2024-01-03
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