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Facet Engineering of Pd Nanocrystals for Enhancing Photocatalytic Hydrogenation: Modulation of the Schottky Barrier Height and Enrichment of Surface Reactants

材料科学 面(心理学) 光催化 肖特基势垒 金属 纳米晶 异质结 化学工程 工作职能 离解(化学) 吸附 纳米技术 光化学 催化作用 光电子学 物理化学 化学 冶金 二极管 社会心理学 五大性格特征 工程类 生物化学 人格 心理学
作者
Suwei Lu,Bo Weng,Aizhu Chen,Xinwei Li,Haowei Huang,Xiaoming Sun,Wenhui Feng,Yanhua Lei,Qingrong Qian,Min‐Quan Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (11): 13044-13054 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acsami.0c19260
摘要

Metal cocatalyst loading is one of the most widely explored strategies in promoting photocatalytic solar energy conversion. Engineering surface-active facets of metal cocatalyst and exploring how they modulate the reactivity is crucial for the further development of advanced photocatalysts. In this work, through controlled hybridization of two-dimensional (2D) TiO2 nanosheets with well-designed Pd nanocube (Pd NC) with exposed {100} facet and Pd nano-octahedron (NO) with exposed {111} facet, we unravel the distinct crystal facet effect of Pd cocatalyst in promoting the selective hydrogenation of nitroarenes to amines of TiO2 photocatalyst. The activity tests show that the Pd NO with {111} facet is a more efficient cocatalyst than the Pd NC with exposed {100} facet. The prepared TiO2-Pd NO composite displays a 900% enhancement of photocatalytic hydrogenation rate in comparison with bare TiO2, while the TiO2-Pd NC sample only shows a 200% photoactivity enhancement. Microscopic mechanism study discloses that the distinctive photoactivity improvement of Pd NO is ascribed to the concurrent modulation of the Schottky barrier height and enrichment of surface reactants: (i) the Pd NO with a lower Fermi level could result in steeper band bending of TiO2 (i.e., higher Schottky barrier) than the Pd NC, which is more efficient in boosting interfacial separation and inhibiting the recombination of photoexcited charge pairs; and (ii) the {111} facet of Pd has higher nitroarenes adsorption ability and especially stronger hydrogen enrichment capability, thus accelerating the surface hydrogenation process and contributing to a higher reaction rate. This work emphasizes the rational facet control of cocatalysts for enhancing the photocatalytic hydrogenation performance.

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