Ru Single-Atom Decorated Black TiO2 Nanosheets for Efficient Solar-Driven Hydrogen Production

制氢 材料科学 太阳能燃料 纳米技术 化学工程 氢原子 生产(经济) Atom(片上系统) 催化作用 化学 光催化 有机化学 计算机科学 工程类 经济 宏观经济学 嵌入式系统 烷基
作者
Chunfeng Yuan,Yongli Shen,Chunyu Zhu,Peipei Zhu,Fan Yang,Jinghai Liu,Changhua An
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (31): 10311-10317 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c02740
摘要

Solar-driven hydrogen production is an ideal way to fundamentally solve energy and environmental issues to some extent. TiO2 as a class of promising photocatalysts has attracted intensive attention. However, low light utilization and serious recombination of photo-induced charge carriers lead to a low efficiency. Herein, black TiO2 (B–TiO2) nanosheets have been first synthesized by H2/Ar plasma treatment, onto which Ru single atoms are anchored by dipping RuCl3 solution. X-ray absorption fine spectra reveal that the Ru–O coordination number is ∼5 from the scattering between the Ru center and O atoms of B–TiO2, demonstrating the strong interplay between Ru atoms with TiO2. Density functional theory (DFT) simulations and photoelectrochemical tests clarify that the introduction of Ru single-atoms produces impurity levels, which serves as charge-trapping sites, and facilitates the photo-generated electron separation and transportation. Furthermore, the Gibbs free-energy of the adsorbed H* over RuSAs/B–TiO2 is much closer to zero compared to that of pristine TiO2, thus considerably boosting the photocatalytic performance. The hydrogen evolution over RuSAs/B–TiO2 reaches 17.81 mmol/g/h with an apparent quantum efficiency (AQE) of 21.3% at 365 nm. It is expected that this facile strategy can be employed to fabricate other efficient photocatalysts for new energy production and environmental remediation.
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