Improve the Photocatalytic Hydrogen Production Using ZnS@ZnO Twin‐Junction Structure with Isoelectronic Traps

材料科学 光催化 制氢 杂质 半导体 光催化分解水 分解水 费米能级 带隙 光电子学 原子物理学 光化学 电子 催化作用 化学 物理 有机化学 量子力学 生物化学
作者
Zehan Li,Mei‐Ling Huang,Yanlu Li,Zizheng Ai,Kang Zhang,Xiaogang Yao,Zhen Kong,Yongliang Shao,Yongzhong Wu,Xiaopeng Hao
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:9 (20) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/admi.202200066
摘要

Abstract The effective separation of carriers with prolonged lifetime is important to improve the activity of photocatalytic water splitting hydrogen production. In this work, the separation of electron‐hole pairs is achieved by ZnS@ZnO twin‐junction with isoelectronic traps, with which the corresponding doubled fluorescence lifetime is achieved. The existence of isoelectronic traps is further confirmed by the first principles calculations that prove the coincidence between impurity level position and Fermi level. The all‐important role of isoelectronic traps has almost never been mentioned and demonstrated in photocatalysis so far. Moreover, it is favorable for photocatalysis that the migration direction of carriers in II‐type ZnS@ZnO is consistent with the trapped behavior under the effect of isoelectronic traps, which shows a leading H 2 production activity of 1628 µmol h ‐1 g ‐1 under simulated sunlight. What's more, the impurity levels formed by sulfur in the middle part ZnO 1‐ x S x enable visible light to be absorbed, neither ZnS nor ZnO would otherwise absorb visible light, and the H 2 production activity reaches 380 µmol h ‐1 g ‐1 . This will provide guidance to construct composite structure for wide bandgap semiconductors in the future.

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