A Near‐Perfect Pt Cocatalyst with a Spatially Oriented Distribution of Pt 2+ /Pt 0 for Photocatalytic Water Splitting

材料科学 分解水 光催化 电子转移 质子 铂金 价(化学) 吸附 光化学 物理化学 催化作用 物理 生物化学 量子力学 化学
作者
Sibi Liu,Youzi Zhang,Maohuai Wang,Yanping Wei,Y. Wang,Weizhe Chen,Siman Mao,Peng Guo,Jahan B. Ghasemi,Junchao Zhou,Shujie Zhang,Xuanhua Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (44): e08693-e08693 被引量:20
标识
DOI:10.1002/adma.202508693
摘要

Abstract Loading the cocatalyst, e.g., Pt, is a promising strategy for photocatalytic overall water splitting, in which metallic state Pt° facilitates proton reduction and positive valence state Pt 2+ inhibits H 2 /O 2 recombination. However, simultaneously leveraging the advantages of Pt 0 and Pt 2+ in Pt‐photocatalyst hybrids for photocatalytic water splitting is challenging. Herein, a universal strategy is demonstrated for modulating Pt valence state, obtaining a spatially oriented distribution of Pt 2+ /Pt 3 and a close to zero proton reduction barrier, along with isolated O 2 adsorption. As a proof of concept, Pt undergoes electron transfer to ZnIn 2 S 4 , accompanied by partial oxidation from Pt 0 to Pt 2+ through the introduction of electron‐deficient centers in ZnIn 2 S 4 via vanadium doping and sulfur vacancy (V‐Sv‐ZIS). Reverse electron transfer induces Pt 2+ dominating 83% of the region near the Pt/V‐Sv‐ZIS interface and Pt 0 dominating in the remaining 17% near the Pt cluster center, which can be extended to other Pt‐based catalyst systems. The dominant Pt 2+ inhibits O 2 adsorption and induces the lowest H 2 /O 2 recombination rate of 4%, and the minimal Pt 0 obtains a 152.2‐fold increase in photogenerated electron density, ultimately realizing a 45.4‐fold increase in photocatalytic activity. A 10 m 2 large‐area photocatalytic system is fabricated, producing 6.4 L of H 2 per day under natural sunlight.
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