Achieving Long‐Lived Charge Separated State through Ultrafast Interfacial Hole Transfer in Redox Sites‐Isolated CdS Nanorods for Enhanced Photocatalysis

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作者
Daochuan Jiang,Zhongfei Li,Hao Li,Yingpeng Cheng,Haiwei Du,Chuhong Zhu,Lingchen Meng,Yuetong Fang,Chunyi Zhao,Zaizhu Lou,Zhou Lu,Yupeng Yuan
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (26): e2310414-e2310414 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smll.202310414
摘要

Abstract As opposed to natural photosynthesis, a significant challenge in a semiconductor‐based photocatalyst is the limited hole extraction efficiency, which adversely affects solar‐to‐fuel efficiency. Recent studies have demonstrated that photocatalysts featuring spatially isolated dual catalytic oxidation/reduction sites can yield enhanced hole extraction efficiencies. However, the decay dynamics of excited states in such photocatalysts have not been explored. Here a ternary barbell‐shaped CdS/MoS 2 /Cu 2 S heterostructure is prepared, comprising CdS nanorods (NRs) interfaced with MoS 2 nanosheets at both ends and Cu 2 S nanoparticles on the sidewall. By using transient absorption (TA) spectra, highly efficient charge separation within the CdS/MoS 2 /Cu 2 S heterostructure are identified. This is achieved through directed electron transfer to the MoS 2 tips at a rate constant of >8.3 × 10 9 s −1 and rapid hole transfer to the Cu 2 S nanoparticles on the sidewall at a rate of >6.1 × 10 10 s −1 , leading to an exceptional overall charge transfer constant of 2.3 × 10 11 s −1 in CdS/MoS 2 /Cu 2 S. The enhanced hole transfer efficiency results in a remarkably prolonged charge‐separated state, facilitating efficient electron accumulation within the MoS 2 tips. Consequently, the ternary CdS/MoS 2 /Cu 2 S heterostructure demonstrates a 22‐fold enhancement in visible‐light‐driven H 2 generation compare to pure CdS nanorods. This work highlights the significance of efficient hole extraction in enhancing the solar‐to‐H 2 performance of semiconductor‐based heterostructure.
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