Atomic Insights for Optimum and Excess Doping in Photocatalysis: A Case Study of Few‐Layer Cu‐ZnIn2S4

材料科学 兴奋剂 光催化 价带 价(化学) 金属 接受者 密度泛函理论 化学物理 带隙 光电子学 计算化学 凝聚态物理 催化作用 物理 冶金 有机化学 化学 量子力学 生物化学
作者
Pengfei Wang,Zhurui Shen,Yuguo Xia,Haitao Wang,Lirong Zheng,Wei Xi,Sihui Zhan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (3) 被引量:260
标识
DOI:10.1002/adfm.201807013
摘要

Abstract Herein, an example of Cu‐doped few‐layer ZnIn 2 S 4 nanosheets is used to reveal the origin of optimum and excess doping for photocatalysts at atomic level. Results show that the metal‐S 4 coordination maintains well with 0.5 wt% Cu substituted Zn atoms in the lattice. The introduced Cu atoms bring electronic acceptor states close to the valence band (VB) maximum and thus ensures higher charge density and efficient carrier transport, resulting in an optimum hydrogen evolution rate of 26.2 mmol h −1 g −1 and an apparent quantum efficiency of 4.76% at 420 nm. However, a distorted atomic structure and largely upshift of VB maximum with Cu‐S 3.6 coordination are found with excess doping concentration (3.6 wt%). These bring the heavy charge recombination and consequentially dramatic reduced activity. This work provides a new insight into elemental doping study and takes an important step toward the development of ultrathin 2D photocatalysts.
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