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通过将 Cd0.5Zn0.5S QD 加载到 Ni2P 多孔纳米片上来增强光催化产氢

摘要

Ni2P 被装饰在 CdS 纳米线或纳米棒上以有效地光催化制氢,但由于尺寸大,比表面积仍然有限。在这里,在具有高比表面积的薄 Ni2P 多孔纳米片上构建了 Cd0.5Zn0.5S 量子点 (QD) 复合材料,用于无贵金属光催化制氢。由 15-30 nm 大小的 Ni2P 纳米粒子相互连接形成的多孔 Ni2P 纳米片允许 7 nm 大小的 Cd0.5Zn0.5S QD 的均匀负载和负载密度可控。通过调整 Ni2P 的含量,H2 生成率为 43.3 μM h − 1 (1 mg 光催化剂)和 700 μM h − 1 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 复合材料(100 毫克光催化剂)和 1.5% 的太阳能转化为氢气的效率。系统研究了Ni2P含量对复合材料光吸收、光致发光和电化学性能的影响。结合基于密度泛函理论的能带结构计算,揭示了Ni2P对电荷转移和HER活性的促进以及对光吸收的遮蔽效应。该策略可应用于其他光催化剂以实现高效太阳能制氢。

背景

作为利用太阳能生产氢气的有效策略,自 1972 年报道了 TiO2 作为光催化剂以来,光催化制氢引起了广泛的关注 [1]。与 TiO2 相比,CdxZn1−xS 具有更窄的带隙和良好的光化学稳定性,因此表现出优异的可见光驱动催化活性。 H2 生产率高达 1097 μM h − 1 g − 1 已经通过使用 Cd0.5Zn0.5S 作为光催化剂 [2] 来实现,该组成已被证明是光催化性能的最佳组合。为了减少析氢反应 (HER) 的载流子复合和促进载流子分离,贵金属如 Pt、Co-Pt、Ru、Au 和 Pd 已被用作助催化剂 [3,4,5,6,7, 8]。例如,当与 Co-Pt 共催化时,Cd0.5Zn0.5S 量子点 (QD) 的光催化产氢率可提高 4.7 倍 [4]。 H2 产量高达 ~ 6.3 mM h − 1 mg − 1 当 CdZnS 与 Au 结合时实现了[9]。然而,贵金属的高成本极大地限制了未来的大规模应用,这使得非贵金属助催化剂成为光催化制氢的贵金属的良好候选。

在各种非贵重助催化剂中,包括碳族(石墨烯、碳纳米管、还原氧化石墨烯、碳纳米点)[10,11,12,13,14,15],磷化物 [16,17,18,19,20 ,21,22]、TiO2 [23, 24] 和硫化物 [25,26,27,28,29,30,31,32]、Ni2P 和 CoP 已广泛与 CdS 纳米线和/或纳米棒复合,以实现高效的光催化H2 产量 [16,17,18, 33,34,35,36]。在这些复合材料中,一维 (1D) CdS 总是被较小的磷化物纳米粒子或具有 HER 活性的纳米片装饰,并且由于一维结构的长载流子扩散长度及其明确的异质性,载流子复合可以大大减少。与助催化剂的界面。考虑到量子点的优势,如太阳能到燃料的高转换效率、低制造成本 [37, 38] 和 HER 主要发生在助催化剂/电解质界面,构建具有大量比表面积的异质纳米结构是合理的活性位点区域,同时仍保持快速的载流子分离。在这种情况下,报告了一种将光催化剂加载到助催化剂上的反向结构,用于有效的光催化 H2 生成 [10, 13]。例如,氢生成率为 2.08 和 ~ 33.4 mM h − 1 mg − 1 通过将 Cd0.5Zn0.5S 量子点分别加载到洋葱状碳和二维石墨氮化碳 (g-C3N4) 微带上来建立。如果磷化物纳米结构被 Cd0.5Zn0.5S QDs 装饰,那么光催化 H2 生成就非常值得期待。然而,这种逆向结构迄今为止鲜见报道。

在这里,通过热溶液法合成了 Ni2P 纳米片阵列上的 Cd0.5Zn0.5S 量子点的反向结构,以增强光催化制氢。产氢率为 700 μM h − 1 (使用 100 毫克进料催化剂)和 1.5% 的太阳能制氢效率 (STH) 在 1.5% 的 Ni2P 下实现。系统地研究了 Ni2P 对复合材料的 H2 生成速率、光学和电化学性能的影响。此外,基于密度泛函理论计算了Ni2P的能带结构,结合光电化学性质,揭示了Ni2P在H2生成中的详细作用。

方法/实验

助催化剂的合成

首先,将含有 2.61 克硝酸镍和 2.52 克六亚甲基四胺的 20 毫升去离子水转移到聚四氟乙烯高压釜中,并在 120°C 下加热 10 小时以形成 NiOOH。冷却至室温后,将 NiOOH 产物用乙醇和去离子水洗涤,2000 rpm 离心 3 次,每次 5 min。然后,将 0.22 g NiOOH 和 0.44 g 次磷酸钠的混合物放入管式炉中并在 500°C 下加热 2 小时进行磷化。自然冷却至室温,得到黑色Ni2P粉末并收集。

Ni2P-Cd0.5Zn0.5S纳米复合材料的合成

为了制备 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 复合材料,将 100 毫克 Ni2P 粉末通过超声波处理 1 小时分散到 20 毫升乙醇中。然后 x mL (x =0.48, 0.96, 1.4, 3, 5) 将分散良好的 Ni2P 溶液加入含有 272.6 mg ZnCl2 和 456.7 mg CdCl2∙2.5H2O 的 20 mL 乙二醇溶液中,并在氮气保护下持续搅拌加热至 170°C .加入溶解 960.7 mg Na2S∙9H2O 的 20 mL 乙二醇溶液后,将溶液加热至 180 °C 并保持 1 小时,以便在 Ni2P 上生长 Cd0.5Zn0.5S。最后分别用酒精和去离子水洗涤样品3次。通过称量最终的 xNi2P-Cd0.5Zn0.5S 复合材料,确定重量百分比 (wt%) 为 0.5 (x =0.48), 1 (x =0.96), 1.5 (x =1.4), 3 (x =3), 5 (x =5)。作为对比,除添加Ni2P外,采用类似方法合成了纯Cd0.5Zn0.5S量子点。

形态、结构和光学特性表征

通过配备扫描透射电子显微镜 (STEM) 和能量色散 X 射线的场发射扫描电子显微镜 (FESEM, JSM-7100F, JEOL) 和透射电子显微镜 (TEM, FEI Tecnai 20) 表征形态、微观结构和成分光谱(EDX)。在 Bruker AXS D8 X 射线衍射仪上用 Cu Kα (λ =1.54056 ) 记录粉末 X 射线衍射 (XRD) 图案。通过(价带)X 射线光电子能谱 (XPS) 测量(XPS,Escalab 250Xi)和 Al Kα 辐射研究元素组成、化学和价态。 UV-Vis 吸收通过配备积分球装置的 UV-Vis 分光光度计(UV-3600,Shimadzu)进行研究,样品与去离子水的重量/体积比保持在 1 mg/10 mL。光致发光 (PL) 测量在 7000 FL 分光光度计 (Hitachi, F7000) 上进行,激发波长为 400 nm。在PL测量之前,纯Cd0.5Zn0.5S量子点和复合材料在乙醇中分散良好,所有样品的Cd0.5Zn0.5S浓度保持在0.5 mg/mL。

线性扫描伏安法 (LSV) 和电化学阻抗谱 (EIS) 测量

LSV 测量在具有典型三电极配置的电化学工作站(CHI 760E,CH Instruments)中的 1 M NaOH 电解质(pH =14)中进行。 Pt 箔和饱和的 Ag/AgCl 分别用作对电极和参比电极。通过方程 E(vs RHE) =E(vs Ag/AgCl) + EAg/AgCl (ref) + 0.0591 V × pH,其中 (EAg/AgCl (ref) =0.1976 V vs NHE(25°C 下的普通氢电极)[39]。电化学阻抗谱 (EIS) 测量在黑暗中进行,电压为 0.5 V vs RHE,振幅为 5 mV,电解质为 0.35 M Na2SO3 和 0.25 M Na2S 水溶液,使用类似的三电极系统。通过在 4 cm 2 上涂抹 ~ 2 mg 产品(分散在 5 mL 乙醇中)制成工作电极 区域 FTO 基板并在 70°C 下干燥 5 小时。频率范围保持在 0.1 Hz ~ 100 kHz 内,并通过 Z-View 程序(Scribner Associates Inc.)分析光谱。

光催化 (PC) H2 生成

在制氢之前,将不同质量(1、5 和 10 毫克)的光催化剂分散在密封的石英反应器(体积 40 毫升,5 厘米 × 5 厘米 × 1.6 厘米)和 15 毫升 0.75 M Na2S 和 1.05 M Na2SO3 水溶液中解决方案。用氮气脱气 30 分钟后,在 300 W Xe(PLS-SXE300/300UV,Perfect Light)灯的照射下进行光催化实验,该灯的截止滤光片为 420 nm,入射功率为 300 mW/cm 2 .在整个 PC 实验过程中,催化溶液不断搅拌。每小时收集 1 mL 产气量并通过气相色谱仪(GC-2018,Shimadzu,Japan,TCD)进行分析。在相同条件下进行进一步的循环稳定性实验。在相同光照下,在较大反应器(体积 150 mL)中的 100 mL Na2S 和 Na2SO3 电解质中进行平行实验,其中光催化剂的进料剂量为 15 至 100 mg。太阳能制氢效率(STH)由流动方程计算:

$$ {\displaystyle \begin{array}{l}\mathrm{STH}\ \left(\%\right)=\kern0.5em \frac{\mathrm{energy}\ \mathrm{of}\ \mathrm{生成}\ {\mathrm{H}}_2}{\mathrm{light}\ \mathrm{energy}\ \mathrm{onto}\ \mathrm{the}\ \mathrm{surface}\ \mathrm{of}\ \ mathrm{解答}}\times 100\%\\ {}\kern6.5em =\frac{237\mathrm{KJ}/\mathrm{mole}\kern0.5em \times \mathrm{moles}\ \mathrm{of }\ {\mathrm{H}}_2\ \mathrm{producted}}{\mathrm{area}\ \mathrm{of}\ \mathrm{solution}\ \mathrm{been}\ \mathrm{irradiated}\times 300 \mathrm{mW}/{\mathrm{cm}}^2}\times 100\%\end{array}} $$

计算方法

使用密度泛函理论 (DFT) 方法计算块状 Ni2P 的能量和电子特性。在使用投影仪增强波伪电位 (PAW) [41] 和 Perdew-Burke-Ernzerhof 型 (PBE) 广义梯度近似 (GGA) [42] 的计算过程中采用了 Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) [40] ] 交换相关函数方法。布里渊区具有 9 × 9 × 9 Monkhorst−Pack Γ 点网格 [43],动能截止值为 450 eV,能量准则为 10 − 6 应用 eV 进行几何优化,直到残余力收敛到小于 0.01 eV/Å。考虑了具有 P-62M 对称性的六角形 Ni2P 的体模型。结构优化后,Ni2P的晶格参数(a =b =5.86918 Å 和 c =3.37027 Å),这与报道值[44]非常一致。

结果与讨论

图 1a、b 显示了与 Cd0.5Zn0.5S 量子点(Ni2P wt%:1.5%)组合之前和之后的 Ni2P 的形态。纯Ni2P具有花状形态,由许多厚度小于20nm、平面尺寸从几十纳米到微米范围的交叉纳米片组成。从图 1c 中纯 Ni2P 的 XRD 图中可以清楚地观察到 (111)、(201)、(210) 和 (300) 面的衍射峰在 40.7°、44.6°、47.4° 和 54.2°,分别对应于六边形 Ni2P(JCPDF 编号 89-2742)。通过 Cd0.5Zn0.5S QDs 加载后,纳米片的表面变得相当粗糙,在原始的 Ni2P 骨架上可以区分出大量尺寸小于 10 nm 的纳米粒子。同时,Cd0.5Zn0.5S (JCPDF no. 89-2943) (100)、(002)、(101)和(110)面的XRD折射峰在26.0°、27.8°可以清楚地发现分别为 、29.6° 和 45.9° [6, 45],而 Ni2P 的衍射信号由于 Ni2P 与 Cd0.5Zn0.5S 的重量比低(1.5%)而大大降低。图 1d-f 中的 X 射线光电子能谱仪 (XPS) 精细和调查光谱证明了 Cd0.5Zn0.5S 和 Ni2P 的共存。除了空气吸收产生的氧和碳信号外,只能检测到镍、磷、镉、锌和硫,排除了其他杂质的可能性。 855.5 和 873.9 eV 处的峰可以分别归于 Ni 2p3/2 和 2p1/2,而 P 2p3/2 的峰位于 133.6 eV [16, 46]。同时,Zn 2p、Cd 3d 和 S 2p 的双峰表明二价 Zn 2+ , Cd 2+ , 和 S 2− 来自 Cd0.5Zn0.5S 量子点 [3, 34, 47]。简而言之,Cd0.5Zn0.5S在Ni2P纳米片上的生长已经建立,以形成Ni2P-Cd0.5Zn0.5S纳米复合材料。

<图片>

Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 复合材料(1.5 wt% Ni2P)的形态、结晶特性和化学状态。 a–b 加载Cd0.5Zn0.5S前后Ni2P的低倍和高倍(插图)SEM图像,c Ni2P和Ni2P-Cd0.5Zn0.5S的XRD图谱,d–f Ni2P-Cd0.5Zn0.5S复合材料的XPS精细与测量光谱

通过TEM相关技术进一步研究了样品的微观结构和元素组成。从纯 Ni2P 的不同放大倍数 TEM 图像(图 2a、b)可以看出,纳米片是多孔的,由尺寸为 ~ 15-30 nm 的交联不规则纳米粒子组成。图 2c 中的选区电子衍射图 (SAED) 显示了 Ni2P (111)、(201)、(210) 和 (300) 平面的衍射环。由于高能电子的强多重散射,也可以检测到(222)、(402)和(420)等高折射率平面的衍射信号。在与 Cd0.5Zn0.5S 复合后,交叉的 Ni2P 纳米片被大量尺寸为 ~ 7 nm 的较小纳米粒子覆盖(图 2d)。 EDX 光谱(插图,图 2f)清楚地显示了 Ni、P、Cd、Zn 和 S 的信号,表明 Ni2P 和 Cd0.5Zn0.5S 共存。从 SAED 图案(图 2f),可以清楚地区分 Cd0.5Zn0.5S (002)、(110) 和 (200) 平面(用黄色虚线表示)的强衍射环以及 Ni2P 的微弱信号(300)、(402) 和 (420)(由白色虚线标记),表明 Ni2P 与 QD 的良好组成。值得注意的是,Ni2P (300) 环与 Cd0.5Zn0.5S (110) 和 (200) 平面重叠,难以区分。图 2e 中 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 样品的高分辨率 TEM 图像进一步显示了间距为 0.34 和 0.22 nm 的晶格条纹,对应于 Cd0.5Zn0.5S(002)和 Ni2P(111)晶体分别是飞机。从高角度环形暗场 (HAADF) 图像(图 2g)显示的区域获取的元素 EDX 映射(图 2h-l)表明 Ni、P、Cd、Zn 和 S 均匀分布在样品,进一步证明了Cd0.5Zn0.5S QDs与多孔Ni2P纳米片的成功组合。

<图片>

Ni2P 和 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 复合材料的显微结构。 a–cd–f Ni2P 和 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 的不同放大倍数 TEM 图像和 SAED 图案,插图 f 是 EDX 光谱,其中黄色和白色虚线分别表示 Cd0.5Zn0.5S 和 Ni2P。 g 高角度环形暗场 (HAADF)-STEM 图像和 h–l Ni2P-Cd0.5Zn0.5S复合材料相应的EDX图

图 3a 显示了 Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 纳米复合材料的 H2 析出速率随 Ni2P 含量在 40mL 反应器中以 1mg 的进料剂量变化。纯 Cd0.5Zn0.5S 的光催化析氢速率为 12.6 μM h − 1 mg − 1 , 纯 Ni2P 显示出可忽略不计的氢气产生。随着Ni2P的加入,Ni2P-Cd0.5Zn0.5S复合材料的光催化活性明显增强,最高值43.3 μM h − 1 mg − 1 在 1.5 wt% Ni2P 下,比纯 Cd0.5Zn0.5S 高近 3.4 倍。进一步添加 Ni2P (≥ 3 wt%) 会导致性能快速下降,当 Ni2P 增加到 5 wt% 时,H2 析出率低于纯 Cd0.5Zn0.5S。这种非线性行为表明存在最佳的 Ni2P 含量,即 Cd0.5Zn0.5S 在 Ni2P 上的合适负载密度,以实现光催化性能。同时,通过循环试验研究了 1.5 wt% Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 的稳定性(图 3b)。在共持续 16 h 的连续 4 个循环中,H2 生成保持相对稳定,降解可忽略不计,表明复合材料具有良好的光催化稳定性。

<图片>

Ni2P-Cd0.5Zn0.5S复合材料的光催化性能。 不同wt%Ni2P和b光催化产氢 在小型反应器(40 毫升,1.0 毫克光催化剂)中测试含有 1.5 wt% Ni2P 的复合材料的循环测试。 c 不同光催化剂用量下的制氢速率和太阳能制氢效率 (STH)。 15-100mg用量的光催化剂在150mL反应器中进行,1-10mg用量在40mL反应器中进行。 d 1 和 100 毫克复合样品 (1.5 wt% Ni2P) 的氢气生成率

对于 1.5 wt% Ni2P-Cd0.5Zn0.5S 样品,系统研究了催化剂用量对 STH 效率和 H2 生成的影响(图 3c-d)。在相同的照明功率密度下,采用体积分别为 40 和 150 mL 的两个典型反应器。在较小的反应器 (40 mL) 中进行测试时,虽然 STH 和 H2 生成率都随着催化剂用量从 1 毫克到 10 毫克而增加,但增加的步长远小于用量增加的步长。 STH 和 H2 生成率仅为 0.45% 和 166 μM h − 1 当催化剂用量增加到 10 毫克时,几乎是 1 毫克样品的 3.8 倍。对于较大的反应器 (150 mL),可以发现 STH 和 H2 的产生明显增加,剂量从 15 增加到 100 mg,STH 为 1.53% 和 700 μM h − 1 在 100 毫克的剂量下可以实现 H2 生成,几乎是 15 毫克催化剂的 3.1 倍。考虑到入射光在穿过较深的反应器时具有较长的路径,这样的结果表明较大的反应器将更有利于入射光的利用。然而,一旦剂量增加到约 100 mg,STH 效率就会饱和,表明存在光利用的最佳剂量。最佳的 H2 生成率优于 CdZnS QDs-2D g-C3N4 微带(H2 生成率 33.4 mM h − 1 g − 1 ) [10], Cd0.1Zn0.9S 纳米粒子-碳纳米管(比率:1563 μM h − 1 g − 1 ) [11],一种夹心结构的 C3N4/Au/CdZnS 光催化剂(速率 6.15 mM h − 1 g − 1 ) [9] 和 CdS QDs 敏化的 Zn1−xCdxS 固溶体(速率 2128 μM h − 1 g − 1 ) [48]。

为了揭示 Ni2P 增强光催化性能的机制和详细作用,通过图 4 研究了纯 Ni2P、Cd0.5Zn0.5S 和复合材料的光学和电化学性能。从吸收光谱(图 4a) ,纯 Cd0.5Zn0.5S 在 506 nm 处表现出吸收边,对应于 2.45 eV 的带隙 [13, 49]。对于纯 Ni2P(插图),可以发现在整个可见光范围内都有广泛的吸收。组合后,除了 <506 nm范围内的吸收外,可见光波长> 506 nm有明显的拖尾现象,这可以归因于Ni2P的贡献。随着 Ni2P 对较长波长的可见光吸收增加,复合材料对 Cd0.5Zn0.5S (<506 nm) 的吸收降低。同时,光致发光光谱(图 4b)表明,当在 400 nm 波长激发时,纯 Cd0.5Zn0.5S 在 ~ 620 nm 处具有强带边发光。组成后,随着Ni2P的加入逐渐降解。考虑到较高的 Ni2P 含量会诱导更多的 Ni2P/Cd0.5Zn0.5S 界面,这有助于增强电荷转移和抑制电荷复合,PL 强度的降低可以通过 Ni2P/Cd0 处载流子复合减少和电荷转移增强来理解.5Zn0.5S接口。

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Ni2P含量对Ni2P-Cd0.5Zn0.5S复合材料光学和电化学性能的影响。 紫外-可见吸收光谱(插图纯 Ni2P),b 光致发光光谱和c EIS 光谱。 d 纯Ni2P的LSV曲线和EIS(插图)光谱

Ni2P 在促进电荷转移方面的有效作用也可以通过取决于 Ni2P 含量的 EIS 光谱反映出来(图 4c)。如等效电路(插图,图 4c)所示,催化剂/电解质界面处的电荷转移电阻 (Rct) 可以通过基于 R-C 等效电路的奈奎斯特图的半圆半径进行评估。等效串联电阻 (ESR) 可从曲线与实际电阻 (Z ’) 轴,而电荷转移电阻 (Rct) 对应于在较高频率下绘制的半圆的宽度。纯 Cd0.5Zn0.5S 的 RCT 为 17,320 Ω,表明其半导体性质。在含有 1、1.5 和 3 wt% Ni2P 的组合物后,RCT 分别逐渐降低至 8432、7721 和 5473 Ω,表明 Ni2P 的导电性增强。事实上,Ni2P 被认为是一种良好的 HER 电催化剂 [44, 50, 51]。从图 4d 所示的 Ni 泡沫上纯 Ni2P 的 LSV 曲线来看,Ni2P 具有良好的 HER 活性,过电位分别为 84 mV 和 201 mV,连接电流密度为 10 和 50 mA/cm 2 (没有 iR 校正),分别。 EIS 光谱(插图 4d)表明 Ni2P 具有非常低的 RCT(~ 7.3Ω),表明 Ni2P 的金属特性。因此,Ni2P不仅可以提高Cd0.5Zn0.5S/Ni2P界面的电导率,而且可以为HER提供有效的活性位点,从而增强复合材料的光催化性能。

考虑到Ni2P的加入降低了波长 <506 nm的吸收,有必要证明Ni2P的光吸收是否可以用于产生氢气。然后通过 DFT 计算研究 Ni2P 的能带结构。图 5a、b 显示了块状 Ni2P 的球棒模型和计算出的能带结构。从图 5b 中,没有检测到带隙,表明 Ni2P 的金属特性,这与上述 EIS 结果一致。这表明光电子主要归因于 Cd0.5Zn0.5S 而不是 Ni2P 的光激发。此外,Ni2P 的费米能​​级(从汽车文件中获得)位于 1.03 V vs. NHE,远低于 Cd0.5Zn0.5S QD 的导电带最小值 (CBM) 能级(− 1.04 V vs NHE)[13] .

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光催化析氢的能带图和电荷分离转移机制。 (001) 表面封端的块状 Ni2P 的球棒模型的顶视图。 b Ni2P 的计算能带结构,其中红色虚线代表费米能级。 c 光催化制氢电荷分离和转移机理示意图

因此,图 5c 证明了复合材料光催化析氢的示意性机制。 Ni2P 的费米能​​级的位置使得它在能量上有利于光生电子从 Cd0.5Zn0.5S 转移到 Ni2P,然后促使光激发电子和空穴在界面处分离,从而抑制电荷复合.同时,由于复合材料具有良好的 HER 活性和大的比表面积,H2 将在 Ni2P 的活性位点有效地演化。 Ni2P 在电荷转移和 HER 活性中的积极作用将在较低的 Ni2P 含量(≤ 1.5wt%)下占主导地位。当含量超过 1.5 wt% 时,Ni2P 在光吸收方面的遮蔽作用将克服积极方面,导致 H2 生成退化。当两种效应达到平衡时,将在 1.5 wt% Ni2P 下实现最佳光催化性能。

结论

在 Ni2P 多孔纳米片上制造了 Cd0.5Zn0.5S 量子点的反向结构,用于高效的光催化 H2 生产。 Ni2P 多孔纳米片由 15-30 nm 大小的纳米粒子组成,可以有效负载 7 nm 大小的 Cd0.5Zn0.5S QD。随着 Ni2P 的添加从 0 到 5wt%,电荷分离和转移性能得到增强,因此诱导了对 Cd0.5Zn0.5S 的光吸收不利的竞争性遮蔽效应。 43.3 μM h − 1 的最佳光催化 H2 生成 (剂量 1 毫克)将在 1.5 wt% Ni2P 下实现。基于最佳含量,光催化对催化剂进料剂量的依赖性表明,在 100 mg 的剂量下,STH 效率将达到最高值 1.5%。揭示了 Ni2P 的高 HER 活性和能带结构,从实验和理论方面证实了 Ni2P 在促进光催化 H2 演化动力学方面的有效作用。 Cn0.5Zn0.5S QDs-Ni2P 多孔纳米片的异质结构不仅有助于促进光激发电荷的分离和转移,而且通过 Ni2P 的共催化作用加速析氢反应的动力学,从而增强光催化产氢性能。这种方法可以应用于其他催化剂以实现高效的光催化性能。

缩写

CBM:

导带最小值

DFT:

密度泛函理论

EDX:

能量色散X射线光谱

EIS:

电化学阻抗谱

FESEM:

场发射扫描电镜

FTO:

掺氟氧化锡

GGA:

广义梯度逼近

她:

析氢反应

LSV:

线性扫描伏安法

NHE:

普通氢电极

PBE:

Perdew-Burke-Ernzerhof型

PC:

光催化

PL:

光致发光

量子点:

量子点

RHE:

可逆氢电极

STEM:

扫描透射电子显微镜

STH:

太阳能制氢

TEM:

透射电子显微镜

VASP:

维也纳从头算模拟包

XPS:

X射线光电子能谱

XRD:

X射线衍射


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