Molecular additive-driven control of Cu/Cu₂O nanoparticle growth on mesoporous silica for enhanced photocatalytic hydrogen production

光催化 制氢 材料科学 介孔二氧化硅 介孔材料 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 催化作用 化学 有机化学 工程类
作者
S.V. Mohite,Artavazd Kirakosyan,Kwangchan An,Yoon‐Bo Shim,Jihoon Choi,Yeonho Kim
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5nr02191j
摘要

Size-controlled cuprous oxide-based nanoparticles (NPs) are promising materials for enhancing visible-light-driven photocatalytic hydrogen production by increasing the number of Cu+ surface active sites. This study investigates the role of molecular additives in the growth of Cu/Cu2O NPs on mesoporous silica (m-SiO2) templates. The molecular additives cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), ascorbic acid (AA), and citric acid (CA) are analyzed for their ability to modify the zeta potential of m-SiO2, facilitating the adsorption of Cu2+ ions. The modified surface effectively controls the interaction between Cu2+ ions and the m-SiO2 surface through the influence of molecular additives. The CTAB system facilitates a rapid nanoparticle (NP) growth and significant aggregation, thereby promoting the adsorption of Cu species and the subsequent formation of larger NPs. In contrast, CA provides better control over the formation of NPs, preventing aggregation through Cu2+ chelation and stabilizing the particles within the mesoporous voids of silica. Furthermore, the intensity ratio of metallic Cu to Cu2O has the lowest value of 0.47 in the CA system, indicating a higher Cu2O content compared to the CTAB and AA systems. CTAB and AA favor metallic Cu formation, while CA stabilizes Cu+ and promotes Cu2O phase growth. As a result, the CA system achieves a 5-fold increase in the hydrogen production rate under visible light compared to the CTAB system. These findings highlight the critical role of molecular additives in tailoring NP growth and enhancing photocatalytic performance.
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