Coproduction of hydrogen and lactic acid from glucose photocatalysis on band-engineered Zn1-xCdxS homojunction

光催化 同质结 纤锌矿晶体结构 制氢 材料科学 催化作用 乳酸 氢 化学工程 光化学 化学 异质结 锌 光电子学 有机化学 冶金 生物 工程类 遗传学 细菌
作者
Heng Zhao,Chaofan Li,Xue Yong,Pawan Kumar,Bruna Palma,Zhi‐Yi Hu,Gustaaf Van TENDELOO,Samira Siahrostami,Steve Larter,Dewen Zheng,Shanyu Wang,Zhangxin Chen,Md Golam Kibria,Jinguang Hu
出处
期刊:iScience [Cell Press]
卷期号:24 (2): 102109-102109 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.isci.2021.102109
摘要

Photocatalytic transformation of biomass into value-added chemicals coupled with co-production of hydrogen provides an explicit route to trap sunlight into the chemical bonds. Here, we demonstrate a rational design of Zn 1-x Cd x S solid solution homojunction photocatalyst with a pseudo-periodic cubic zinc blende (ZB) and hexagonal wurtzite (WZ) structure for efficient glucose conversion to simultaneously produce hydrogen and lactic acid. The optimized Zn 0.6 Cd 0.4 S catalyst consists of a twinning superlattice, has a tuned bandgap, and displays excellent efficiency with respect to hydrogen generation (690 ± 27.6 μmol·h −1 ·g cat. −1 ), glucose conversion (~90%), and lactic acid selectivity (~87%) without any co-catalyst under visible light irradiation. The periodic WZ/ZB phase in twinning superlattice facilitates better charge separation, while superoxide radical (⋅O 2 - ) and photogenerated holes drive the glucose transformation and water oxidation reactions, respectively. This work demonstrates that rational photocatalyst design could realize an efficient and concomitant production of hydrogen and value-added chemicals from glucose photocatalysis.
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