Sulfur Vacancy and Ti3C2Tx Cocatalyst Synergistically Boosting Interfacial Charge Transfer in 2D/2D Ti3C2Tx/ZnIn2S4 Heterostructure for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution

异质结 光催化 纳米片 材料科学 空位缺陷 电子转移 载流子 密度泛函理论 化学物理 纳米技术 化学 计算化学 光电子学 物理化学 结晶学 催化作用 生物化学
作者
Tongming Su,Chengzheng Men,Liuyun Chen,Bingxian Chu,Xuan Luo,Hongbing Ji,Jianhua Chen,Zhangfeng Qin
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (4) 被引量:125
标识
DOI:10.1002/advs.202103715
摘要

Abstract Constructing an efficient photoelectron transfer channel to promote the charge carrier separation is a great challenge for enhancing photocatalytic hydrogen evolution from water. In this work, an ultrathin 2D/2D Ti 3 C 2 T x /ZnIn 2 S 4 heterostructure is rationally designed by coupling the ultrathin ZnIn 2 S 4 with few‐layered Ti 3 C 2 T x via the electrostatic self‐assembly strategy. The 2D/2D Ti 3 C 2 T x /ZnIn 2 S 4 heterostructure possesses larger contact area and strong electronic interaction to promote the charge carrier transfer at the interface, and the sulfur vacancy on the ZnIn 2 S 4 acting as the electron trap further enhances the separation of the photoinduced electrons and holes. As a consequence, the optimal 2D/2D Ti 3 C 2 T x /ZnIn 2 S 4 composite exhibits a high photocatalytic hydrogen evolution rate of 148.4 µmol h −1 , which is 3.6 times and 9.2 times higher than that of ZnIn 2 S 4 nanosheet and flower‐like ZnIn 2 S 4 , respectively. Moreover, the stability of the ZnIn 2 S 4 is significantly improved after coupling with the few‐layered Ti 3 C 2 T x . The characterizations and density functional theory calculation demonstrate that the synergistic effect of the sulfur vacancy and Ti 3 C 2 T x cocatalyst can greatly promote the electrons transfer from ZnIn 2 S 4 to Ti 3 C 2 T x and the separation of photogenerated charge carriers, thus enhancing the photocatalytic hydrogen evolution from water.
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