Step-scheme ZnO@ZnS hollow microspheres for improved photocatalytic H_(2) production performance  

增强制氢性能的ZnO@ZnS空心微球S型异质结光催化剂

作　　者：Jie Jiang Guohong Wang Yanchi Shao Juan Wang Shuang Zhou Yaorong Su 蒋洁;王国宏;邵琰池;王娟;周双;苏耀荣(湖北师范大学先进材料研究院,湖北师范大学化学化工学院,污染物分析与资源化技术湖北省重点实验室,湖北黄石435002;深圳技术大学,新材料与新能源学院,广东深圳518118)

机构地区：[1]Hubei Key Laboratory of Pollutant Analysis and Reuse Technology,College of Chemistry and Chemical Engineering,Institute for Advanced Materials,Hubei Normal University,Huangshi 435002,Hubei,China [2]College of New Materials and New Energies,Shenzhen Technology University,Shenzhen 518118,Guangdong,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2022年第2期329-338,共10页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(22075072,52003079);广东省基础与应用基础研究基金(2020A1515110873);深圳市基础研究面上项目(JCYJ20190813113408912);深圳技术大学新引进高端人才财政补助科研启动项目(2019211);湖北省自然科学基金(2019CFB568).

摘　　要：Constructing a step-scheme heterojunction at the interface between two semiconductors is an efficient way to optimize the redox ability and accelerate the charge carrier separation of a photocatalytic system for achieving high photocatalytic performance.In this study,we prepared a hierarchical ZnO@ZnS step-scheme photocatalyst by incorporating ZnS into the outer shell of hollow ZnO microspheres via a simple in situ sulfidation strategy.The ZnO@ZnS step-scheme photocatalysts had a large surface area,high light utilization capacity,and superior separation efficiency for photogenerated charge carriers.In addition,the material simulation revealed that the formation of the step-scheme heterojunction between ZnO and ZnS was due to the presence of the built-in electric field.Our study paves the way for design of high-performance photocatalysts for H_(2) production.随着近年来工业化进程的加速,能源消耗急剧增加,同时伴随着环境的恶化,开发可再生能源的需求日益迫切.氢能因具有高能量密度、零碳排放和可循环利用性而被认为是化石燃料最理想的替代者之一.当下几种制氢技术(如水电解法、丙烷脱氢法和石脑油热解法等)通常需要高温或高功耗,因此其大规模应用受到限制.半导体光催化分解水制氢技术可以将太阳能直接将转化为氢能,为解决能源和环境危机提供了新的契机.ZnO是一种常见的n型半导体,由于其具有优异的环境相容性、高氧化还原电位和低成本等特点,被认为是光催化制氢的理想材料.然而,由于其光生电子-空穴对的快速复合,导致光催化反应效率较低,实际应用受到极大的限制.最近的研究表明,通过耦合两种半导体材料构建S型异质结是提升光催化性能的有效方式.ZnO是一种低价带氧化型半导体,将其与另一种高导带还原型半导体耦合有助于S型异质结的构筑.ZnS是一种理想的还原型半导体材料,与ZnO拥有相同的金属元素.特别是ZnS还可以在ZnO上原位生长并形成致密的接触界面,有望提升体系的光催化性能.在ZnS与ZnO构筑的S型异质结体系中,ZnO中具有弱还原能力的较低导带电子可以与ZnS中具有弱氧化能力的较高价带空穴在异质结界面处直接复合.同时,ZnS中具有较高还原能力的导带电子和ZnO中具有较高氧化能力的价带空穴将得以保留,分别参与还原反应(光催化分解水制氢或二氧化碳还原制备有机燃料)和氧化反应(光催化制氧).由此可见,通过构建S型异质结,不仅可以增强光生电子-空穴分离效率,还可以提高光催化体系的氧化还原能力.此外,ZnS与ZnO还具有相似的晶体结构,表明它们之间的晶格失配度低,载流子传输速度快.本文采用简单的原位硫化法将ZnS负载到ZnO空心微球外壳上,制备出了一种ZnO@ZnS核壳结构的S

关 键 词：ZnO@ZnS Hollow microspheres Step-scheme heterojunction Photocatalytic H_(2)production 

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]