Maximized Synergistic Interaction of Pd Single Atoms with CuCo2S4 Nanosheets Catalysts for High‐Efficiency Photocatalytic H2 Production and O2 Reduction via Enhanced Charge Separation and Transfer

材料科学 光催化 催化作用 生产(经济) 化学工程 有机化学 工程类 宏观经济学 经济 化学
作者
Saloni Latiyan,Dharmendra Kumar Yadav,Manash R. Das,Amol Singh,Parasmani Rajput,Sasanka Deka
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (42) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202507783
摘要

Abstract The photocatalytic conversion of naturally abundant molecules into value‐added products is a key solution for sustainable development, addressing energy and environmental challenges. This study introduces a simple, eco‐friendly one‐step hydrothermal method for synthesizing atomically dispersed Pd single‐atom catalysts (SACs) on CuCo 2 S 4 semiconductor nanosheets, designed for these applications. The structure of Pd SA ‒CuCo 2 S 4 is investigated by aberration‐corrected transmission electron microscopy and X‐ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy. The novel synthesis process ensures strong coordination between the Pd SAs and sulfur ions on the CuCo 2 S 4 nanosheet surface, reducing overall charge transfer resistance, and making them ideal for photogenerated electron capture based on asymmetric charge density distribution. The 0.10Pd SA ‒CuCo 2 S 4 SAC (0.1 wt.% Pd loading) achieves a visible‐light‐driven H 2 production rate of 39550 µmol g ‒1 h ‒1 with a notable apparent quantum efficiency of 15.57% (at 420 nm wavelength) and high stability. The same Pd SAC can facilitate the reduction of O 2 to H 2 O 2 via photocatalytic oxygen reduction reaction (ORR), achieving an O 2 ‒to‒H 2 O 2 production rate of 19200 µmol g ‒1 h ‒1 and negligible decomposition of the produced H 2 O 2 . The proposed strategy herein offers new insights to facilitate the enhanced photocatalytic H 2 and H 2 O 2 production by Pd SAs on CuCo 2 S 4 semiconductor nanosheets by overcoming mass‐transfer limitations.
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