Hierarchical (CdZnCuCoFe)S1.25/ZnIn2S4 Heterojunction for Photocatalytic CO2 Reduction: Insights into S-Scheme Charge Transfer Pathways in Type-I Band Alignment

异质结 光催化 还原(数学) 电荷(物理) 传输(计算) 材料科学 化学 光电子学 物理 计算机科学 数学 催化作用 并行计算 几何学 生物化学 量子力学
作者
D. Rodriguez,Huating Liu,Liyun Chen,Xuemin Yan,Yaohao Li,Jiayu Liang,Fengyu Tian
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (14): 5967-5976 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c01284
摘要

Photocatalytic CO2 reduction has emerged as a promising technology to cope with the need for greenhouse gas emission reduction and renewable energy sources. Herein, a novel hierarchical (CdZnCuCoFe)S1.25/ZnIn2S4 photocatalyst was synthesized by in situ growth of high-entropy sulfide (i.e., (CdZnCuCoFe)S1.25) nanoparticles (HES) on the surface of three-dimensional (3D) ZnIn2S4 hierarchical nanosheets (ZIS). Density functional theory calculations and experimental evaluation demonstrated the electron transfer from ZIS to HES, resulting in an internal electric field directed from ZIS to HES. Although the composite exhibited a type-I band alignment, the intimate interfacial contact and an internal electric field still triggered an S-scheme charge transfer process. The interplay of the internal electric field, band bending, and electrostatic repulsion between homogeneous charges guided electrons in the conduction band of HES to recombine with holes in the valence band of ZIS, thus promoting the separation of electron–hole pairs to boost the CO2 photoreduction process. As an outcome, the optimized S-scheme heterojunction (HES/ZIS-10) unveils a higher CO2-to-CO photoreduction rate (2.43 μmol g–1 h–1), which is 5.3 times higher than that of pristine ZnIn2S4.
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