Large electronegativity differences between adjacent atomic sites activate and stabilize ZnIn2S4 for efficient photocatalytic overall water splitting

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作者
Xu Xin,Yuke Li,Youzi Zhang,Yijin Wang,Xiao Chi,Yanping Wei,Caozheng Diao,Jie Su,Ruiling Wang,Peng Guo,Jiakang Yu,Jia Zhang,Ana Jorge Sobrido,Maria‐Magdalena Titirici,Xuanhua Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 337-337 被引量:221
标识
DOI:10.1038/s41467-024-44725-1
摘要

Abstract Photocatalytic overall water splitting into hydrogen and oxygen is desirable for long-term renewable, sustainable and clean fuel production on earth. Metal sulfides are considered as ideal hydrogen-evolved photocatalysts, but their component homogeneity and typical sulfur instability cause an inert oxygen production, which remains a huge obstacle to overall water-splitting. Here, a distortion-evoked cation-site oxygen doping of ZnIn 2 S 4 (D-O-ZIS) creates significant electronegativity differences between adjacent atomic sites, with S 1 sites being electron-rich and S 2 sites being electron-deficient in the local structure of S 1 –S 2 –O sites. The strong charge redistribution character activates stable oxygen reactions at S 2 sites and avoids the common issue of sulfur instability in metal sulfide photocatalysis, while S 1 sites favor the adsorption/desorption of hydrogen. Consequently, an overall water-splitting reaction has been realized in D-O-ZIS with a remarkable solar-to-hydrogen conversion efficiency of 0.57%, accompanying a ~ 91% retention rate after 120 h photocatalytic test. In this work, we inspire an universal design from electronegativity differences perspective to activate and stabilize metal sulfide photocatalysts for efficient overall water-splitting.
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