Enhanced Hot/Free Electron Effect for Photocatalytic Hydrogen Evolution Based on 3D/2D Graphene/MXene Composite

光催化 材料科学 石墨烯 分解水 制氢 光电流 光催化分解水 光化学 半导体 催化作用 光电子学 纳米技术 化学 有机化学 生物化学
作者
Qian Wang,Zhantong Ye,Xiaoyu Zhao,Hejing Wang,Shaoling Zhang,Suling Zhang,Hongyan Liu,Yanhong Lu,Menggai Jiao,Yanfeng Ma,Yongsheng Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e2407863-e2407863 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202407863
摘要

Abstract Photocatalytic hydrogen production through water splitting represents a promising strategy to store solar energy as chemical energy. Current photocatalysts primarily focus on traditional semiconductor materials, such as metal oxides, sulfides, nitrides, g‐C 3 N 4 , etc. However, these materials often suffer from large bandgap and fast charge recombination, which limit sunlight utilization and result in unsatisfactory photon conversion efficiency. Here, a novel 3D/2D graphene/MXene (3DGraphene/MXene) photocatalyst without metal semiconductor participant is designed, and an enhanced hot/free electron catalytic mechanism for photocatalytic hydrogen evolution is proposed. The hot/free electrons, ejected out from 3DGraphene based on an Auger‐like light induced electron emission mechanism and enhanced by the cocatalyst MXene Ti 3 C 2 T x , exhibit exceptional catalytic activity under wide spectrum range from ultraviolet to visible light. The optimized 3DGraphene/MXene composite catalyst achieves an average hydrogen production rate of 1.4 mmol h −1 g cat −1 . Furthermore, consistent with the proposed hot/free electron emitting mechanism, the photocurrent rises with increasing the photon energy from visible to ultraviolet light and the light intensity under the same frequency range. These results indicate that using the hot electron generated from graphene and enhanced by other 2D materials might be an effective strategy for enhancing the activity of the photocatalytic materials for water splitting.
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