Boosted Photothermal Catalytic Hydrogen Evolution in TiO2/Bi2Te3 Systems via Controlled Transformation of Bi–Te Phonon-Glass to Bi–Te–O Glass

声子 材料科学 催化作用 转化(遗传学) 光热治疗 物理化学 化学 凝聚态物理 纳米技术 物理 生物化学 基因 有机化学
作者
S. MOTOKI,Jinqiang Zhang,Jingkai Lin,Kunsheng Hu,Shiying Ren,Xiaoguang Duan,Shaobin Wang
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:39 (35): 17038-17048
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.5c03073
摘要

Photothermal catalysis has shown great promise for efficient water splitting toward green hydrogen production for its unique capability to convert sunlight into energetic hot carriers and localized thermal energy. However, suitable catalyst systems that fully exploit these effects remain limited. Phonon glass materials such as Bi2Te3offer a broad spectrum of light absorption, making them attractive photothermal promoters, yet they contribute minimally to hot carrier generation. In this study, we explored the transformation of Bi2Te3into Bi–Te–O glass phases and leveraged their photothermal/excitonic synergy, where thermal energy accelerates surface kinetics and excitonic species supply reactive charge carriers, by integrating them with TiO2to promote photothermal catalytic performance. Engineering thermal treatment at varying temperatures, we developed a TiO2/Bi2Te3/Bi2Te4O11composite that achieved an optimized balance between photothermal and excitonic properties. Structural, optical, and surface analyses reveal that this balance is critical to achieving a hydrogen evolution rate of 2572 μmol h–1g–1, nearly 10-fold higher than that of pristine TiO2(268 μmol h–1g–1). These findings demonstrate a novel phase-engineering strategy for Bi2Te3-based hybrids, offering a dual approach via thermal and electronic pathways to guide the rational design of next-generation photothermal catalysts for solar fuel production.
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