Cobalt Single Atom‐Enhanced Photocatalysis: Hetero‐Phase Elemental Phosphorus for Visible Light Hydrogen Production from Pure Water Splitting

材料科学 分解水 光催化 制氢 相(物质) 光催化分解水 氢原子 Atom(片上系统) 可见光谱 光化学 化学工程 光电子学 催化作用 冶金 生物化学 化学 烷基 有机化学 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Xinhui Zhai,Zhen Wei,Zigang Lu,Xu Zhang,Xianjie Chen,Yuxi Liu,Jiguang Deng,Yongfa Zhu,Hongxing Dai,Lin Jing
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (38) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/adfm.202503667
摘要

Abstract Elemental P is considered a compelling option for constructing a simple, cost‐effective, and full‐spectrum responsive catalytic system for hydrogen production, while its full potential for overall water‐splitting reactions remains underexplored. This study introduces a novel cobalt single‐atom‐assisted photocatalytic system for efficient hydrogen production via water splitting. Utilizing an in situ surface phase transformation, amorphous red phosphorus (a‐RP) is converted into crystalline black phosphorus (c‐BP), forming a Z‐scheme heterojunction with cobalt single atoms (Co 1 ) uniformly dispersed across the heterojunction surface. Advanced characterization techniques confirm the intimate contact and strong electronic interactions between Co 1 , c‐BP, and a‐RP, significantly enhancing photocatalytic performance. This system achieves a high hydrogen production rate of ≈2497 µmol g −1 h −1 from pure water splitting under visible light irradiation and a remarkable solar‐to‐hydrogen (STH) efficiency of 0.86%, outperforming most reported photocatalytic systems. This study highlights the potential of single‐atom catalysts in enhancing the performance of photocatalysts. It provides a new perspective on designing efficient and stable elemental‐based photocatalytic systems for sustainable hydrogen production.
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