Synthesize magnetic ZnFe2O4@C/Cd0.9Zn0.1S catalysts with S-scheme heterojunction to achieve extraordinary hydrogen production efficiency

光催化 材料科学 异质结 煅烧 催化作用 制氢 分解水 氧化物 化学工程 电子转移 光电子学 光化学 化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Dafeng Zhang,Dong Zhang,Shikai Wang,Hengshuai Li,Junchang Liu,Xipeng Pu,Peixian Chen,Ran Qin,Haiquan Hu,Peiqing Cai
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:657: 672-683 被引量:113
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.11.159
摘要

Suppressing the electron-hole recombination rate of catalyst legitimately is one of the effective strategies to improve photocatalytic hydrogen evolution. Herein, carbon-coated metal oxide, ZnFe2O4@C (ZFO@C), nanoparticles were synthesized and employed to couple with quadrupedal Cd0.9Zn0.1S (CZS) via an ordinary ultrasonic self-assembly method combined with calcination to form a novel ZFO@C/CZS catalyst with step-scheme (S-scheme) heterojunction. The photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) was conducted to verify the enhanced photoactivity of ZFO@C/CZS. The optimal ZFO@C/CZS exhibits an extraordinary photocatalytic HER rate of 111.3 ± 0.9 mmol g-1 h−1 under visible-light irradiation, corresponding to an apparent quantum efficiency as high as (76.2 ± 0.9)% at 450 nm. Additionally, the as-synthesized ZFO@C/CZS composite exhibits high stability and recyclability. The excellent photocatalytic hydrogen evolution performance should arise from the formed S-scheme heterojunction and the unique ZFO@C core–shell structure, which inhibit electron hole recombination as well as provide more reactive sites. The pathway of S-scheme charge transfer was validated through density functional theory calculations and electrochemical measurements. This work provides a rational strategy for the synthesis of unique magnetic S-scheme heterojunction photocatalysts for water splitting under visible light irradiation.
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