Highly efficient and durable core-shell catalyst with dual functions: Tungsten nitride quantum dots encapsulated in ultra-thin graphene

石墨烯 过电位 材料科学 催化作用 双功能 量子点 化学工程 复合数 纳米技术 化学 复合材料 物理化学 有机化学 电化学 电极 工程类
作者
Fan Gao,Qiang Wan,Jie Yuan,Rui Lei,Sen Lin,Ping Liu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:299: 120692-120692 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120692
摘要

An efficient and robust bifunctional catalyst that is comprised of tungsten nitride quantum dots encapsulated in ultrathin graphene (WN@C) is synthesized by in situ nitridation reduced pyrolysis method. The photocatalytic and co-catalytic effects of core-shell WN@C are systematically studied. After combining with typical semiconductor ZnIn 2 S 4 , the hydrogen evolution activity of the optimal WN@C/ZnIn 2 S 4 composite exhibits 61 times larger than that of ZnIn 2 S 4 and 12 times than that of WN-QDs@C under the visible light illumination (λ ≥ 400 nm). It can continuously produce hydrogen for 99 h without apparent reduction. The analysis and calculations suggest that the enhanced activity can be attributed to the synergistic effect of the lower overpotential of hydrogen evolution reaction (HER), the reduced apparent activation energy ( E a ), the decreased Gibbs free energy of H adsorption (∆ G *H ) and the inhibited recombination of photocharges. This work opens an avenue of the synthesis on quantum dots core-shell structure with dual functions. • Dual functions of core-shell WN-QDs@C catalyst was synthesized successfully. • Chemical bonding and graphene act as the efficient channel for charge transfer. • The composite shows almost 61 times larger than the performance of ZnIn 2 S 4 . • The optimized composite exhibits 99 h stability and almost no reduction. • The apparent activation energy of the HER process is found to show 76% decreased.
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