Synergistic Effect of Titanate-Anatase Heterostructure and Hydrogenation-Induced Surface Disorder on Photocatalytic Water Splitting

光催化 异质结 材料科学 锐钛矿 钛酸酯 分解水 纳米线 化学工程 催化作用 载流子 纳米技术 光电子学 化学 复合材料 工程类 陶瓷 有机化学 生物化学
作者
Jinmeng Cai,Yingming Zhu,Dongsheng Liu,Ming Meng,Zhenpeng Hu,Zheng Jiang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:5 (3): 1708-1716 被引量:97
标识
DOI:10.1021/acscatal.5b00055
摘要

Black TiO2 obtained by hydrogenation has attracted enormous attention due to its unusual photocatalytic activity. In this contribution, a novel photocatalyst containing both a titanate–anatase heterostructure and a surface disordered shell was in situ synthesized by using a one-step hydrogenation treatment of titanate nanowires at ambient pressure, which exhibited remarkably improved photocatalytic activity for water splitting under simulated solar light. The as-hydrogenated catalyst with a heterostructure and a surface disordered shell displayed a high hydrogen production rate of 216.5 μmol·h–1, which is ∼20 times higher than the Pt-loaded titanate nanowires lacking of such unique structure. The in situ-generated heterostructure and hydrogenation-induced surface disorder can efficiently promote the separation and transfer of photoexcited electron–hole pairs, inhibiting the fast recombination of the generated charge carriers. A general synergistic effect of the heterostructure and the surface disordered shell on photocatalytic water splitting is revealed for the first time in this work, and the as-proposed photocatalyst design and preparation strategy could be widely extended to other composite photocatalytic systems used for solar energy conversion.
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