Nanoconfinement dynamics and crystal plane exposure: Synergistic promotion of simulated solar-driven H2O-to-H2 conversion on host (CdS)-guest (Ti single-atom) nano-photocatalyst
作者：W. Li,* Y. Dang, J. Li, T. Ma, G. Liao, F. Gao, W. Duan, J. Li, X. Wang,* C. Wang*
關(guān)鍵字：Cadmium sulfide; Nanoconfinement dynamics; Hydrogen production; Photocatalysis; Single-atomic sites
論文來源：期刊
具體來源：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144793
發(fā)表時(shí)間：2023年
六方相硫化鎘(h-CdS)因其適宜的能帶結(jié)構(gòu)，在光催化制氫方面具有廣闊的應(yīng)用前景，而其納米顆粒(NPs)和納米棒(NRs)形貌是備受人們關(guān)注的兩種重要的結(jié)構(gòu)形態(tài)。由于兩種納米結(jié)構(gòu)的維度和尺寸差異，使其表現(xiàn)出極為不同的納米限域特征，導(dǎo)致不同的光激子分離和遷移動力學(xué)行為，從而具有不同的催化性能。然而其內(nèi)在機(jī)制尚不明確，但這種效應(yīng)卻廣泛存在于不同的光催化微納系統(tǒng)中，甚至直接影響最終的催化性能。本文分別合成了CdS NPs和CdS NRs，并分別對其進(jìn)行表面單原子態(tài)鈦(Ti SAs)修飾，構(gòu)建了兩種具有主(CdS)-客體(Ti) 相互作用的納米限域體系。由于CdS NPs具有典型的三維(3D) 納米限域動力學(xué)特性，優(yōu)化后的CdS NPs-Ti納米催化劑的H-G相互作用對自體相向表面(BTS)的光激子遷移起到了各向同性的協(xié)同動力學(xué)促進(jìn)作用，更有效地抑制了其重組動力學(xué)行為，從而顯著增強(qiáng)了其模擬日光(SSL)驅(qū)HER光催化活性(14.10 mmol·h-1·g-1，為CdS NPs的22.5倍，AQY400 nm = 20.44%)，甚至優(yōu)于部分已報(bào)導(dǎo)的非貴金屬和貴金屬單原子位點(diǎn)修飾的CdS納米催化劑。經(jīng)過表面瞬態(tài)光電壓(TPV)和DFT計(jì)算分析表明，適宜的晶面曝漏和獨(dú)特的3D納米限域動力學(xué)特征更有利于Ti-S鍵相互作用的形成，達(dá)到各向同性的H-G協(xié)同動力學(xué)增強(qiáng)機(jī)制，具有更快速的BTS光激子遷移動力學(xué)和高度抑制的重組動力學(xué)行為，從而獲得更為高效的太陽光-氫氣(STH)轉(zhuǎn)換效率。本文以CdS NPs和NRs為研究對象，通過構(gòu)建可見的光激子納米限域動力學(xué)模型闡明了其影響催化活性的內(nèi)在作用機(jī)制。
