Cu/CdS/MnOx Nanostructure-Based Photocatalyst for Photocatalytic Hydrogen Evolution

光催化 纳米结构 半导体 材料科学 载流子 动力学 电子 纳米技术 化学工程 光化学 光电子学 催化作用 化学 物理 工程类 量子力学 生物化学
作者
Dingzhou Xiang,Xuqiang Hao,Zhiliang Jin
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (12): 13848-13860 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsanm.1c03219
摘要

Using cocatalysts to improve photocatalytic performance has become a common strategy. Dual cocatalysts deposited on semiconductors can effectively restrain charge recombination and counterreaction whereas cocatalysts would not be deposited on a position as anticipated in most situations, so that their roles would not be fully exploited to the fullest. Herein a Cu/CdS/MnOx (CSM) heterostructured photocatalyst was designed that not only exhibits excellent photocatalytic performance and stability but also achieves spatial separation of the photocarrier by the cocatalysts. As a reduction cocatalyst, Cu NPs tend to capture electrons, while as an oxidation cocatalyst, MnOx NPs prefer to collect holes. A hexagonal CdS crystal, with characteristics of different electron-rich and hole-rich facets, can direct the Cu NPs and MnOx NPs to deposit selectively on the corresponding facets without mixing. The unique structural features of the photocatalyst greatly suppress the recombination of photoinduced electrons and holes, facilitating the separation and transport of charges. The prolonged lifetime of photogenerated carriers and accelerated surface-reactive kinetics can be confirmed by time-resolved fluorescence spectra (TRPL) and photoelectrochemical characterization. The optimized 1% CSM photocatalyst shows a maximum H2 evolution rate of 5965.03 μmol h–1 g–1, which is about 5.3-fold that of neat CdS. This work provides dual cocatalysts with great potential to modify the photocatalytic activity of semiconductors for better applications.
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