High efficiency photocatalytic hydrogen production over ternary Cu/TiO2@Ti3C2Tx enabled by low-work-function 2D titanium carbide

材料科学 MXenes公司 光催化 半导体 氧化物 三元运算 工作职能 纳米技术 冶金 化学工程 光电子学 催化作用 图层(电子) 化学 工程类 生物化学 程序设计语言 计算机科学
作者
Chao Peng,Ping Wei,Xiaoyao Li,Yunpeng Liu,Yonghai Cao,Hongjuan Wang,Hao Yu,Feng Peng,Liyun Zhang,Bingsen Zhang,Kangle Lv
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:53: 97-107 被引量:402
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.08.040
摘要

It is of prime importance to harness the transfer and flow of photogenerated electrons and holes to elongate the lifetimes of charge carriers and enhance the activity of semiconductor photocatalyst, which can be achieved by hybridizing the photocatalyst with appropriate cocatalysts with right electronic properties and placement. Herein, MXenes, a young family of two-dimensional transition metal carbides, are exploited as a hole mediator to enhance the photocatalytic activity of TiO2. We grow TiO2 sheets exposing (001) surfaces on layered Ti3C2Tx, and then photodeposited Cu2O nanodots on TiO2. We experimentally prove that the Ti3C2Tx MXene from the wet HF etching method behaves as a low work function material (ϕ = 3.4 eV). Thanks to this unique electronic property, the photogenerated electrons on TiO2 hybridized with Ti3C2Tx accumulate and tunnel to Cu2O to reduce it to elemental Cu as a reduction cocatalyst. The resulting Cu/TiO2@Ti3C2Tx photocatalyst efficiently split water to produce hydrogen at 860 μmol g−1 h−1. The results presented here demonstrate the promise of MXene materials in photocatalytic solar energy utilization. The insight into the electronic property of MXene sheds light on the new approach to the rational design of high-efficiency photocatalysts composed of MXenes.
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