Artificial Photosynthetic System with Spatial Dual Reduction Site Enabling Enhanced Solar Hydrogen Production

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作者
Xiaowen Ruan,Depeng Meng,Chengxiang Huang,Minghua Xu,Dongxu Jiao,Hui–Ming Cheng,Yi Cui,Zhiyun Li,Kaikai Ba,Tengfeng Xie,Lei Zhang,Wei Zhang,Jing Leng,Shengye Jin,Sai Kishore Ravi,Zhifeng Jiang,Weitao Zheng,Xiaoqiang Cui,Jiaguo Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (9): e2309199-e2309199 被引量:107
标识
DOI:10.1002/adma.202309199
摘要

Although S-scheme artificial photosynthesis shows promise for photocatalytic hydrogen production, traditional methods often overly concentrate on a single reduction site. This limitation results in inadequate redox capability and inefficient charge separation, which hampers the efficiency of the photocatalytic hydrogen evolution reaction. To overcome this limitation, a double S-scheme system is proposed that leverages dual reduction sites, thereby preserving energetic photo-electrons and holes to enhance apparent quantum efficiency. The design features a double S-scheme junction consisting of CdS nanospheres decorated with anatase TiO2 nanoparticles coupled with graphitic C3 N4 . The as-prepared catalyst exhibits a hydrogen evolution rate of 26.84 mmol g-1 h-1 and an apparent quantum efficiency of 40.2% at 365 nm. This enhanced photocatalytic hydrogen evolution is ascribed to the efficient charge separation and transport induced by the double S-scheme. Both theoretical calculations and comprehensive spectroscopy tests (both in situ and ex situ) affirm the efficient charge transport across the catalyst interface. Moreover, substituting the reduction-type catalyst CdS with other similar sulfides like ZnIn2 S4 , ZnS, MoS2 and In2 S3 further confirms the feasibility of the proposed double S-scheme configuration. The findings provide a pathway to designing more effective double S-scheme artificial photosynthetic systems, opening up fresh perspectives in enhancing photocatalytic hydrogen evolution performance.
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