Photocatalytic H2O Overall Splitting into H2 Bubbles by Single Atomic Sulfur Vacancy CdS with Spin Polarization Electric Field

空位缺陷 光催化 材料科学 电场 载流子 分解水 化学物理 Atom(片上系统) 分子物理学 原子物理学 凝聚态物理 光电子学 化学 催化作用 物理 量子力学 生物化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Jiari He,Lijun Hu,Chengtian Shao,Shujuan Jiang,Chuanzhi Sun,Shaoqing Song
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 18006-18013 被引量:155
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c06524
摘要

Low efficient transfer of photogenerated charge carriers to redox sites along with high surface reaction barrier is a bottleneck problem of photocatalytic H2O overall splitting. Here, in the absence of cocatalysts, H2O overall splitting has been achieved by single-atomic S vacancy hexagonal CdS with a spin polarization electric field (PEF). Theoretical and experimental results confirm that single-atomic S vacancy-induced spin PEF with opposite direction to the Coulomb field accelerates charge carrier transport dynamics from the bulk phase to surface-redox sites. By systematically tuning the spin PEF intensity with single-atomic S vacancy content, common pristine CdS is converted to a photocatalyst that can efficiently complete H2O overall splitting by releasing a great number of H2 bubbles under natural solar light. This work solves the bottleneck of solar energy conversion in essence by single atom vacancy engineering, which will promote significant photocatalytic performance enhancement for commercialization.
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