Convenient synthesis of hollow tubular In2O3/PDA S-scheme inorganic/organic heterojunction photocatalyst for H2O2 production and its mechanism

材料科学 光催化 异质结 机制(生物学) 化学工程 生产(经济) 纳米技术 光电子学 催化作用 化学 有机化学 物理 量子力学 工程类 宏观经济学 经济
作者
Yunhao Ma,Shun Wang,Yingjie Zhang,Bei Cheng,Liuyang Zhang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:11 (3): 100978-100978 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2024.100978
摘要

The development of heterojunction photocatalysts for hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) generation is both environmentally sustainable and cost-effective but presents considerable challenges. In this study, we synthesized hollow tubular indium oxide (In 2 O 3 ) by calcining In-MIL-68 and subsequently composited it with polydopamine (PDA) via in-situ self-polymerization. This process resulted in the formation of an In 2 O 3 /PDA step-scheme (S-scheme) heterojunction. The optimized sample demonstrated H 2 O 2 production rates approximately 2.1 and 4.5 times higher than the pure In 2 O 3 and PDA, respectively. The enhanced photocatalytic performance of the In 2 O 3 /PDA composite is the result of several synergistic factors: increased light absorption due to the hollow structure, a larger specific surface area, and high separation efficiency of photo-generated electron-hole pairs facilitated by the S-scheme heterojunction. In-situ irradiated X-ray photoelectron spectroscopy (ISI-XPS) confirmed the charge transfer pathway follows the S-scheme mechanism. This work not only highlights a practical method for constructing inorganic/organic S-scheme heterojunction photocatalysts but also provides a detailed analysis of their underlying mechanisms, paving the way for more efficient and sustainable photocatalytic systems. • Synthesized In 2 O 3 /PDA heterojunction photocatalyst for H 2 O 2 production. • The yield is 2.13 and 4.49 times higher than In 2 O 3 and PDA, respectively. • DRIFT and ESR spectra confirm a two-step single-electron reaction pathway. • In-situ irradiated XPS and CPD demonstrate S-scheme charge transfer.
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