物理化学学报 >> 2024, Vol. 40 >> Issue (10): 2309020.doi: 10.3866/PKU.WHXB202309020
所属专题: 太阳燃料光催化剂
周彤1,†, 刘雪2,†, 赵亮1, 乔明涛1, 雷琬莹1,*(
)
收稿日期:2023-09-12
修回日期:2023-10-18
录用日期:2023-10-19
发布日期:2024-03-13
通讯作者:
Email: leiwy@xauat.edu.cn (雷琬莹)
作者简介:†These authors contributed equally to this work.
基金资助:
Tong Zhou1, Xue Liu2, Liang Zhao1, Mingtao Qiao1, Wanying Lei1,*(
)
Received:2023-09-12
Revised:2023-10-18
Accepted:2023-10-19
Published:2024-03-13
Contact:
Email: leiwy@xauat.edu.cn (Wanying Lei)
Supported by:摘要:
人工光合成是一种先进的技术,可以利用太阳能作为唯一驱动能源,将水和氧气转化成双氧水(H2O2)。然而,目前常用的光催化体系的性能受制于其光吸收能力有限,载流子分离效率低以及表面反应能力弱等问题。在本文研究中,采用原位水热法,成功地在少层Ti3C2片表面生长厚度为5–10 nm的立方相In4SnS8 nm片(Eg = 2.16 eV),形成了一种具有三明治结构的Ti3C2/In4SnS8纳米复合材料。Ti3C2和In4SnS8之间较大的界面面积及紧密的界面接触有助于载流子在体系中的迁移。X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM),和X射线光电子能谱(XPS)证实了Ti3C2/In4SnS8纳米复合材料的成功构建。能带结构包括价带顶端和Mott-Schottky曲线表明此2D/2D异质结形成了肖特基异质结,有助于载流子的快速分离,并从In4SnS8转移至Ti3C2表面,避免了电子从Ti3C2回流至In4SnS8。荧光光谱分析和光/电测试结果证明了Ti3C2和In4SnS8的复合有效抑制了载流子的复合。其中,7 wt% Ti3C2/In4SnS8复合材料表现出最佳的可见光催化性能,H2O2生成速率为1.998 µmol∙L−1∙min‒1,比单独In4SnS8高2.2倍。此外,Ti3C2/In4SnS8表现出多功能应用,对Cr(Ⅵ)的还原速率为19.8 × 10−3 min‒1,比单一In4SnS8性能高约4倍。Ti3C2/In4SnS8复合材料在经过五次循环实验测试后表现优异的稳定性,其形貌、晶体结构和组成在反应后未发生改变。通过深层次的分析包括捕获实验、气氛实验和电子顺磁共振,证明了H2O2生成的途径包括两种:一种是两步单电子还原路径,另一种是一步两电子水氧化路径。本研究为设计高效、多功能的催化体系提供了一种新的思路。
周彤, 刘雪, 赵亮, 乔明涛, 雷琬莹. Ti3C2/In4SnS8肖特基异质结用于高效光催化生成H2O2和Cr(Ⅵ)还原[J]. 物理化学学报, 2024, 40(10), 2309020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309020
Tong Zhou, Xue Liu, Liang Zhao, Mingtao Qiao, Wanying Lei. Efficient Photocatalytic H2O2 Production and Cr(Ⅵ) Reduction over a Hierarchical Ti3C2/In4SnS8 Schottky Junction[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2024, 40(10), 2309020. doi: 10.3866/PKU.WHXB202309020
| 1 |
doi: 10.1038/s41467-021-24048-1 |
| 2 |
doi: 10.1016/j.apcatb.2021.119993 |
| 3 |
doi: 10.1002/adsu.202200113 |
| 4 |
doi: 10.1038/s41560-023-01218-7 |
| 5 |
doi: 10.1016/j.chempr.2022.10.007 |
| 6 |
doi: 10.1002/adma.202203225 |
| 7 |
doi: 10.1016/j.apcatb.2023.122780 |
| 8 |
doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121788 |
| 9 |
doi: 10.1016/j.jmst.2022.09.002 |
| 10 |
doi: 10.1016/j.jmst.2022.01.029 |
| 11 |
doi: 10.1038/s41467-022-28944-y |
| 12 |
doi: 10.1002/smll.202104561 |
| 13 |
|
|
韩高伟; 徐飞燕; 程蓓; 李佑稷; 余家国; 张留洋. 物理化学学报, 2022, 38, 2112037.
doi: 10.1002/adsu.202200113 |
|
| 14 |
doi: 10.1016/S1872-2067(22)64106-8 |
| 15 |
doi: 10.1016/j.carbon.2021.11.050 |
| 16 |
doi: 10.1002/adfm.202203638 |
| 17 |
doi: 10.1002/adfm.202008008 |
| 18 |
doi: 10.1021/jacs.2c07313 |
| 19 |
doi: 10.1016/s1872-2067(21)63832-9 |
| 20 |
doi: 10.1016/S1872-2067(23)64479-1 |
| 21 |
doi: 10.1016/j.jmst.2023.05.009 |
| 22 |
doi: 10.1021/acscatal.1c02937 |
| 23 |
doi: 10.1039/D1TA06899G |
| 24 |
|
|
张珂瑜; 李云锋; 袁仕丹; 张洛红; 王倩. 物理化学学报, 2023, 39, 2212010.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202212010 |
|
| 25 |
doi: 10.1016/s1872-2067(21)63915-3 |
| 26 |
doi: 10.3866/PKU.WHXB202209016 |
|
昝忠奇; 李喜宝; 高晓明; 黄军同; 罗一丹; 韩露. 物理化学学报, 2023, 39, 2209016.
doi: 10.1016/j.nantod.2021.101080 |
|
| 27 |
|
| 28 |
doi: 10.1016/s1872-2067(22)64102-0 |
| 29 |
doi: 10.1039/D2CS00698G |
| 30 |
doi: 10.1038/s44160-022-00104-6 |
| 31 |
doi: 10.1038/s41570-022-00384-8 |
| 32 |
doi: 10.1002/adfm.201800136 |
| 33 |
doi: 10.1016/j.jmst.2021.10.029 |
| 34 |
doi: 10.1016/j.matre.2022.100081 |
| 35 |
doi: 10.1002/adsu.202100507 |
| 36 |
doi: 10.1016/j.ceramint.2021.10.147 |
| 37 |
doi: 10.1039/c0dt00060d |
| 38 |
doi: 10.1021/acscatal.1c02018 |
| 39 |
doi: 10.1039/C6RA27262B |
| 40 |
doi: 10.1016/j.cej.2020.128099 |
| 41 |
doi: 10.1002/adfm.202101676 |
| 42 |
doi: 10.1021/acsami.1c02953 |
| 43 |
doi: 10.1039/D0TA10231H |
| 44 |
doi: 10.1002/smtd.202100269 |
| 45 |
doi: 10.1016/j.cej.2021.129530 |
| 46 |
doi: 10.1016/j.cej.2021.132663 |
| 47 |
doi: 10.1039/D1NR02224E |
| 48 |
doi: 10.1016/j.jmst.2021.12.028 |
| 49 |
doi: 10.1016/j.apcatb.2022.122200 |
| 50 |
doi: 10.1016/j.jmst.2021.12.065 |
| 51 |
doi: 10.1016/j.mtener.2020.100521 |
| 52 |
doi: 10.1007/s42765-022-00253-5 |
| 53 |
doi: 10.1007/s12274-021-3733-0 |
| 54 |
doi: 10.1021/acssuschemeng.1c01012 |
| 55 |
doi: 10.1016/j.jmst.2023.03.054 |
| 56 |
doi: 10.1016/j.jcis.2021.08.134 |
| 57 |
doi: 10.1039/D0TA01552K |
| 58 |
doi: 10.1016/j.jallcom.2022.167643 |
| 59 |
doi: 10.1021/jacs.2c07313 |
| 60 |
doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127172 |
| [1] | 吕宪伟, 丁信元, 龚家兴, 闫旭焕, 黄大勇, 耿建新, 袁忠勇. 轨道杂化在光催化与电催化中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2026, 42(2): 100151 - . |
| [2] | 刘宇, 李鹏飞, 刘翼泽, 孙再成. 碳点作为单一光催化剂的最新进展[J]. 物理化学学报, 2026, 42(2): 100167 - . |
| [3] | 彭国强, 李秀艳, 李敏, 苏志博, 胡发露, 周国伟. 高效金属-有机框架的工程设计用于光催化CO2还原[J]. 物理化学学报, 2026, 42(2): 100164 - . |
| [4] | 张宇航, 李意, 曹玥晗, 帅英杰, 周宇, 周莹. Ir调控中间体生成类型抑制光催化甲烷转化中产物过氧化[J]. 物理化学学报, 2026, 42(2): 100173 - . |
| [5] | 陈芸, 邓代洁, 徐丽, 朱兴旺, 李赫楠, 孙成明. 共价键调控电荷转移以实现自供能电化学传感平台对重金属离子的灵敏分析[J]. 物理化学学报, 2026, 42(1): 100144 - . |
| [6] | 黄火帅, 韦之栋, 严嘉玮, 池家晟, 苏千翔, 陈铭夏, 江治, 孙洋洲, 上官文峰. 揭示ZnxCd1−xS固溶体光催化析氢中的直接-间接带隙跃迁机制[J]. 物理化学学报, 2026, 42(1): 100141 - . |
| [7] | 赵呈孝, 李昭霖, 吴东方, 杨小飞. SBA-15模板化共价三嗪框架增强光催化产氢[J]. 物理化学学报, 2026, 42(1): 100149 - . |
| [8] | 陈轼逸, 付家龙, 裘建平, 常国菊, 郝仕油. 废弃医用口罩衍生的碳量子点增强BiOBr/g-C3N4 S型异质结光催化降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)[J]. 物理化学学报, 2026, 42(1): 100135 - . |
| [9] | 韦梦兰, 欧晓霞, 王艺濛, 张梦圆, 滕飞, 王凯旋. S型异质结g-C3N4/Bi2WO6高效降解左氧氟沙星:性能、机理及降解路径[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100105 - . |
| [10] | 李静萍, 严素定, 吴佳曦, 程强, 王楷. LiFePO4改善无机/有机S型光催化剂的过氧化氢光合作用[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100104 - . |
| [11] | 吴琦, 王长华, 李莹莹, 张昕彤. 增强g-C3N4@BN范德华异质结界面上的三重态电子转移增强光催化合成H2O2[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100107 - . |
| [12] | 张凤英, 梅杨林, 蒋毓蔓, 郑申申, 郑凯波, 周莹. 瞬态吸收光谱在太阳能转化利用中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100118 - . |
| [13] | 王文龙, 郝文韬, 何浪, 乔佳, 李宁, 陈朝秋, 覃勇. 碳量子点/TiO2 S型异质结的能带和吸附工程促进光催化CO2甲烷化[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100116 - . |
| [14] | 蔡家杰, 程畅, 刘博文, 张建军, 姜传佳, 程蓓. CdS/DBTSO-BDTO S型异质结光催化制氢及其电荷转移动力学[J]. 物理化学学报, 2025, 41(8): 100084 - . |
| [15] | 袁乐汪, 彭垚垚, 管宗杰, 方煜. 二维共价有机框架作为光催化剂在有机合成中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(8): 100086 - . |
|
||