Quantitative Evaluation of Carrier Dynamics in Full-Spectrum Responsive Metallic ZnIn2S4 with Indium Vacancies for Boosting Photocatalytic CO2 Reduction

光催化 材料科学 催化作用 扩散 金属 光谱学 化学物理 光电子学 纳米技术 化学 热力学 生物化学 量子力学 物理 冶金
作者
Yiqiang He,Cailing Chen,Yuxin Liu,Yilin Yang,Chunguang Li,Zhan Shi,Yu Han,Shouhua Feng
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (12): 4970-4978 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01666
摘要

The influence of defects on quantitative carrier dynamics is still unclear. Therefore, full-spectrum responsive metallic ZnIn2S4 (VIn-rich-ZIS) rich in indium vacancies and exhibiting high CO2 photoreduction efficiency was synthesized for the first time. The influence of the defects on the carrier dynamic parameters was studied quantitatively; the results showed that the minority carrier diffusion length (LD) is closely related to the catalytic performance. In situ infrared spectroscopy and theoretical calculations revealed that the presence of indium vacancies lowers the energy barrier for CO2 to CO conversion via the COOH* intermediate. Hence, the high rate of CO evolution reaches 298.0 μmol g-1 h-1, a nearly 28-fold enhancement over that with ZnIn2S4 (VIn-poor-ZIS), which is not rich in indium vacancies. This work fills the gaps between the catalytic performance of defective photocatalysts and their carrier dynamics and may offer valuable insight for understanding the mechanism of photocatalysis and designing more efficient defective photocatalysts.
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