Unlocking the Origin of Enhanced Piezo‐Photocatalytic Performance via Thermodynamic Insights: A Study of Surface Active‐Site Engineering in ZnO

光催化 催化作用 材料科学 吸附 煅烧 卤素 化学工程 表面工程 氢键 过氧化氢 纳米技术 物理化学 分子 化学 热力学 有机化学 工程类 物理 烷基
作者
Huynh Phuoc Toan,Tuyen Anh Luu,Nguyen Duc Viet,Minh Chien Nguyen,Pham Duc Minh Phan,Ngoc Linh Nguyen,Tiep Nguyen,Lục Huy Hoàng,Trinh Hai Binh,Chung‐Li Dong,Ekaterina Korneeva,Vu Hoang Khoi,Minh‐Thuan Pham,Ung Thi Dieu Thuy,Danh Bich,Hue Thi Pham,Hue Thi Ngoc Nguyen,Woo Jong Yu,Seung Hyun Hur,Van‐Han Dang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (23): e2412719-e2412719 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202412719
摘要

Engineering active sites to boost the catalytic performance of semiconducting materials is of current interest. Herein, the enhanced hydrogen peroxide (H2O2) production via oxygen (O2) reduction through a surface-substituting strategy is reported, in which the surface Zn─O bonds are partially halogenated in the one-step simple calcination process. The experimental data validated the presence of halogen on the surface modulated the band structures of the prepared materials, leading to enhanced catalytic performance with the optimal samples, ZnO-Cl, generating up to 6.3 µmol h-1 of H2O2 under piezo-photocatalytic conditions from pure water. In addition, theoretical calculation demonstrates the binding energy for the halogen-defecting surface would be more stable for the adsorption of O2 than pristine ZnO. Furthermore, the thermodynamic states of piezo-catalytic, piezocatalytic, and photocatalytic conditions are also evaluated via the temperature-dependent aerobic degradation of methylene blue (MB). The results show that piezo-photocatalysis can help enhance catalytic performance by lowering the activation barrier, which would relate to the entropy-enthalpy compensation effects. This study not only provides a simple approach to synthesizing highly active catalysts to produce H2O2 but also interprets the fundamental insights into how ultrasound can enhance photocatalytic outcomes, benefiting both material and catalytic communities.
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