Rational construction of S-scheme Pt-MnO2/TiO2@Ti3C2Tx via Ti-O-Mn bond for distinguished charge transfer in photocatalytic wastewater environmental governance and hydrogen production

材料科学 光催化 吸附 氢键 制氢 化学工程 异质结 密度泛函理论 光化学 分子 物理化学 催化作用 光电子学 计算化学 有机化学 化学 工程类
作者
Bolin Wang,Lin Li,Yuexing Chen,Qin Yang,Ye Xiong,Li Zhang,Xianxiang Dai,Yuanyuan Jiang,Chengcong Zhong,Jinqiu Liao,Yunsong Zhang,Ying Wang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:241: 110137-110137 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2023.110137
摘要

Exploring and adjusting the migration pathway of photogenerated electron-hole pairs in novel semiconductor composites is vital to enhance the charge separation efficiency and transferability in photocatalytic environmental governance and hydrogen generation performance. Herein, an electrostatic self-assembly combining with a low-temperature hydrothermal strategy for forming the Ti-O-Mn bond was designed to rationally construct the S-scheme Pt-MnO2/TiO2@Ti3C2Tx composite. Through the systematic characterization and density functional theory calculations, the metastable marginal Ti atoms and the electrostatic adsorbed Mn2+ ions on Ti3C2Tx surface are oxidized and in situ form TiO2/MnO2 nanoparticles (NPs) due to its fitted lattice energy and low adsorption energy, which are intercalated on the conductive Ti3C2Tx multilayer surfaces and construct a new-fashioned S-scheme TiO2/MnO2 heterojunction via the Ti-O-Mn bond, for affecting the density of charge states, promoting the charge separation and shortening migration carrier distance. Also, Pt NPs as the cocatalyst is selectively decorated on MnO2/TiO2@Ti3C2Tx surface for further improving the charge carrier transfer and visible light absorption. Benefiting from the extraordinary composition and structure, the obtained Pt-MnO2/TiO2@Ti3C2Tx composite exhibits high photocatalytic degradation of organic pollutants (more than 90%), hydrogen generation activity (3610 μmol g−1 h−1) and wonderful cycle stability.
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