Ti3C2 MXene co-catalyst on metal sulfide photo-absorbers for enhanced visible-light photocatalytic hydrogen production

光催化 制氢 材料科学 催化作用 纳米颗粒 可见光谱 硫化物 光催化分解水 化学工程 纳米技术 太阳能燃料 分解水 化学 光电子学 工程类 生物化学 冶金
作者
Jingrun Ran,Guoping Gao,Fa‐tang Li,Tianyi Ma,Aijun Du,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:1873
标识
DOI:10.1038/ncomms13907
摘要

Abstract Scalable and sustainable solar hydrogen production through photocatalytic water splitting requires highly active and stable earth-abundant co-catalysts to replace expensive and rare platinum. Here we employ density functional theory calculations to direct atomic-level exploration, design and fabrication of a MXene material, Ti 3 C 2 nanoparticles, as a highly efficient co-catalyst. Ti 3 C 2 nanoparticles are rationally integrated with cadmium sulfide via a hydrothermal strategy to induce a super high visible-light photocatalytic hydrogen production activity of 14,342 μmol h −1 g −1 and an apparent quantum efficiency of 40.1% at 420 nm. This high performance arises from the favourable Fermi level position, electrical conductivity and hydrogen evolution capacity of Ti 3 C 2 nanoparticles. Furthermore, Ti 3 C 2 nanoparticles also serve as an efficient co-catalyst on ZnS or Zn x Cd 1− x S. This work demonstrates the potential of earth-abundant MXene family materials to construct numerous high performance and low-cost photocatalysts/photoelectrodes.
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