Construction of LSPR-enhanced 0D/2D CdS/MoO3‒x S-scheme heterojunctions for visible-light-driven photocatalytic H2 evolution  

LSPR增强0D/2D CdS/MoO3-xS型异质结的构建及其可见光光催化活性研究

作　　者：Jinjun Peng Jun Shen Xiaohui Yu Hua Tang Zulfiqar Qinqin Liu 彭进军;沈珺;于晓慧;唐华;Zulfiqar;刘芹芹(江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;苏州卫生职业技术学院药学院,江苏苏州215009)

机构地区：[1]School of Materials Science and Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,Jiangsu,China [2]School of Pharmacy,Suzhou Vocational Health College,Suzhou 215009,Jiangsu,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2021年第1期87-96,共10页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(51672113,21975110,21972058);山东省泰山人才计划.

摘　　要：Plasmonic nonmetal semiconductors with localized surface plasmon resonance(LSPR)effects possess extended light-response ranges and can act as highly efficient H2 generation photocatalysts.Herein,an LSPR-enhanced 0D/2D CdS/MoO3‒x heterojunction has been synthesized by the growth of 0D CdS nanoparticles on 2D plasmonic MoO3‒x elliptical nanosheets via a simple coprecipitation method.Taking advantage of the LSPR effect of the MoO3‒x elliptical nanosheets,the light absorption of the CdS/MoO3‒x heterojunction was extended from 600 nm to the near-infrared region(1400 nm).Furthermore,the introduction of 2D plasmonic MoO3‒x elliptical nanosheets not only provided a platform for the growth of CdS nanoparticles,but also contributed to the construction of an LSPR-enhanced S-scheme structure due to the interface between the MoO3‒x and CdS,accelerating the separation of light-induced electrons and holes.Therefore,the CdS/MoO3‒x heterojunction exhibited higher photocatalytic H2 generation activity than pristine CdS under visible light irradiation,including under 420,450,550,and 650 nm monochromic light,as well as improved photo-corrosion performance.近年来,等离子体半导体光催化剂因其具有从可见光到近红外光的光响应而引起了人们极大的研究兴趣.含有丰富氧空位的非化学计量的氧化钼(MoO3-x)具有中心位于700 nm和尾部吸收拓展至2000 nm强的局域表面等离子体共振(LSPR)效应,因此,MoO3-x或将成为实现全光谱响应光催化制氢技术最有吸引力的候选材料之一.然而,单一MoO3-x中电荷载流子的复合快速.具有II型、Z型或S型异质结构的MoO3-x基复合光催化剂的构建被证明是同时实现拓展光吸收和分离光生载流子改善光催化析氢性能的有效策略.与传统的Ⅱ型异质结构相比,Z型或S型可在较高还原电位上进行水分解反应,又可以实现光生载流子的有效分离.相比于Z型,S型由于内部电场导致的半导体的能带玩去可以进一步缩短电子与空穴之间的迁移距离,从而导致光诱导载流子的更快分离.基于此,本文选择了与MoO3-x能带匹配的CdS半导体催化剂,通过简单的共沉淀法在具有LSPR效应的二维(2D)MoO3-x椭圆纳米片上生长零维(0D)CdS纳米粒子,制备了LSPR增强的0D/2D CdS/MoO3-xS型异质结.由于MoO3-x的引入,0D/2D CdS/MoO3-x复合材料展现出了一个因LSPR效应而具有的从600到1400 nm的尾部吸收,并且这种尾部吸收强度随着复合材料中MoO3-x含量的增加而增加.在可见光光催化反应中,CdS/MoO3-x复合材料的产氢速率为7.44 mmol·g^-1·h^-1,为单一CdS的10.3倍.当采用不同波段的单色光作为激发光源,在420,450和550 nm单色光的照射下,CdS/MoO3-x复合材料的产氢效率为15.7,10.9和193.4 mmol·g^-1,分别比CdS高6.8,5.0和3倍.当激发波长拓展至650 nm时,CdS/MoO3-x复合材料的产氢效率为6.83 mmol·g^-1,而CdS则不具有产氢活性,侧面体现了MoO3-x的LSPR效应在提升光解水产氢活性方向的有效作用.我们利用肖特基和固体紫外测试确定了CdS和MoO3-x的能带结构,并通过第一原理密度泛函理论模拟计算了CdS

关 键 词：CDS MoO3‒x Photocatalytic H2 evolution S-scheme Localized surface plasmon resonance effect 

分 类 号：TQ116.2[化学工程—无机化工] O643.36[理学—物理化学] O644.1[理学—化学]