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Electron Tandem Transport Channel in a Cu3P/Sv-ZnIn2S4 p–n Heterojunction for Photothermal-Photocatalytic Benzyl Alcohol Oxidation and H2 Production
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-07-24 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c02428 Haopeng Jiang 1 , Jinghang Xu 1 , Lijuan Sun 1 , Jinhe Li 1 , Lele Wang 1 , Weikang Wang 1 , Qinqin Liu 1 , Juan Yang 1
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2024-07-24 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c02428 Haopeng Jiang 1 , Jinghang Xu 1 , Lijuan Sun 1 , Jinhe Li 1 , Lele Wang 1 , Weikang Wang 1 , Qinqin Liu 1 , Juan Yang 1
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The development of photocatalytic systems with an electron tandem transport channel represents a promising avenue for improving the utilization of photogenerated electrons and holes despite encountering significant challenges. In this study, ZnIn2S4 (Sv-ZIS) with sulfur vacancies was fabricated using a solvothermal technique to create defect energy levels. Subsequently, Cu3P nanoparticles were coupled onto the surface of Sv-ZIS, forming a Cu3P/Sv-ZIS p–n heterojunction with an electron tandem transport channel. Experimental findings demonstrated that this tandem transport channel enhanced the carrier lifetime and separation efficiency. In addition, mechanistic investigations unveiled the formation of a robust built-in electric field (BEF) at the interface between Cu3P and Sv-ZIS, providing a driving force for electron migration. The combined consequences of the transport channel, the strong BEF, and photothermal effect led to a surface carrier separation efficiency of 65.85%. Consequently, Cu3P/Sv-ZIS achieved simultaneous H2 yield and benzaldehyde production rates of 18,101.4 and 15,012.6 μmol·g–1·h–1, which were 2.31 and 2.62 times higher than those of ZnIn2S4, respectively. This work exemplifies the design of the p–n heterojunction for the efficient utilization of photogenerated electrons and holes.
中文翻译：
Cu3P/Sv-ZnIn2S4 p-n异质结中的电子串联传输通道用于光热-光催化苯甲醇氧化和氢气生产
尽管面临重大挑战，具有电子串联传输通道的光催化系统的发展代表了提高光生电子和空穴利用率的有前途的途径。在这项研究中，使用溶剂热技术制造了具有硫空位的ZnIn 2 S 4 (Sv-ZIS)，以产生缺陷能级。随后，Cu 3 P纳米颗粒耦合到Sv-ZIS的表面，形成具有电子串联传输通道的Cu 3 P/Sv-ZIS p-n异质结。实验结果表明，这种串联传输通道提高了载流子寿命和分离效率。此外，机理研究揭示了 Cu 3 P 和 Sv-ZIS 之间界面处形成了强大的内置电场 (BEF)，为电子迁移提供了驱动力。传输通道、强 BEF 和光热效应的综合作用导致表面载流子分离效率达到 65.85%。因此，Cu 3 P/Sv-ZIS 的 H 2产率和苯甲醛产率同时达到 18,101.4 和 15,012.6 μmol·g –1 ·h –1 ，分别是 ZnIn 2 S 4的 2.31 和 2.62 倍。这项工作例证了 p-n 异质结的设计，以有效利用光生电子和空穴。
更新日期：2024-07-24
中文翻译：
Cu3P/Sv-ZnIn2S4 p-n异质结中的电子串联传输通道用于光热-光催化苯甲醇氧化和氢气生产
尽管面临重大挑战，具有电子串联传输通道的光催化系统的发展代表了提高光生电子和空穴利用率的有前途的途径。在这项研究中，使用溶剂热技术制造了具有硫空位的ZnIn 2 S 4 (Sv-ZIS)，以产生缺陷能级。随后，Cu 3 P纳米颗粒耦合到Sv-ZIS的表面，形成具有电子串联传输通道的Cu 3 P/Sv-ZIS p-n异质结。实验结果表明，这种串联传输通道提高了载流子寿命和分离效率。此外，机理研究揭示了 Cu 3 P 和 Sv-ZIS 之间界面处形成了强大的内置电场 (BEF)，为电子迁移提供了驱动力。传输通道、强 BEF 和光热效应的综合作用导致表面载流子分离效率达到 65.85%。因此，Cu 3 P/Sv-ZIS 的 H 2产率和苯甲醛产率同时达到 18,101.4 和 15,012.6 μmol·g –1 ·h –1 ，分别是 ZnIn 2 S 4的 2.31 和 2.62 倍。这项工作例证了 p-n 异质结的设计，以有效利用光生电子和空穴。
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