Enhanced Carrier Separation and Band Structure Regulation of Nitrogen-Doped ZnIn2S4 for Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production

过氧化氢 光催化 氮气 兴奋剂 制氢 化学 材料科学 催化作用 化学工程 无机化学 光化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Miao Li,Long Chen,Ying Yang,Yuelan Zhang,Xiaoqing Qiu
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:64 (37): 18162-18170 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.5c02331
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) has a wide range of applications in the chemical, medical, wastewater treatment, and fuel cell industries, but its current main production process is energy-intensive and generates a large number of toxic byproducts. In contrast, the production of H2O2 by a photocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) or water oxidation reaction (WOR) using renewable solar energy, air, and water is one of the most promising technologies available. Herein, nonmetallic nitrogen-doped ZnIn2S4 (ZIS) was prepared by a simple solvothermal method by adding N,N-dimethylformamide as a nitrogen source into the ZIS precursor solution. The doping of nitrogen effectively suppressed the complexation of the photogenerated carriers, which allowed more photogenerated electrons to participate in the ORR. In addition, the nitrogen doping modulated the energy band structure of ZIS, and the negative shift of the conduction improved the reduction ability of photogenerated electrons as well as the photostability of the material. The results show that the optimized nitrogen-doped ZIS material can produce H2O2 by two-step single-electron indirect ORR without the use of sacrificial reagents, and the yield of H2O2 is 0.7 mmol g–1 h–1, which is significantly higher than that of the pristine ZIS.
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