Citation: Hongmei Zhao, Yunfei He, Meiying Liu, Ran Wang, Yunhe Li, Wansheng You. Biomolecule-assisted, cost-effective synthesis of a Zn0.9Cd0.1S solid solution for efficient photocatalytic hydrogen production under visible light[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(3): 495-501. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62946-2
				
			
			生物分子辅助低成本制备Zn0.9Cd0.1S固溶体及其高效可见光光催化制氢
以L-胱氨酸为硫源和结构导向剂,采用水热合成技术在温和条件下制备了立方相结构的Zn-Cd-S固溶体光催化剂,采用XRD,TEM,HRTEM,XPS,UV-vis及N2吸附等手段表征了其结构和形貌.结果表明,随Zn含量增加,其带隙在2.11-3.19eV间连续可调.在可见光(λ>420nm)照射、无助催化剂和Na2S/Na2SO3水溶液为牺牲剂的条件下研究了其光催化制氢的性能.其中Zn0.9Cd0.1S具有最佳的光催化活性,其产氢速率约为4.4mmol h -1g -1(无助催化剂,远高于CdS),且显示优良的稳定性及抗光腐蚀能力.通过经验公式计算得出了其能带结构示意图,结果表明,ZnxCd1-xS固溶体的导带和价带的位置随着Zn含量的增加而向更负的导带和更正的价带移动.固溶体导带电位更负促进更有效的氢产生,电位价带更正导致电荷更容易发生转移.Zn0.9Cd0.1S高的光催化活性可能归因于中等的导带边缘和最合适的带隙.最后利用光电流及交流阻抗阐明了其光生电子-空穴对的分离及迁移机理.与CdS相比,Zn-Cd-S固溶体的形成促进了光生载流子在界面间的传输,抑制了其快速复合,从而大幅度改善了光催化活性及稳定性.该硫化物纳米晶的绿色制备技术期望可推广到其它硫化物可见光光催化体系.
- 
								关键词:
								
 - Zn0.9Cd0.1S
 - / 胱氨酸
 - / 绿色合成
 - / 光催化制氢
 
English
Biomolecule-assisted, cost-effective synthesis of a Zn0.9Cd0.1S solid solution for efficient photocatalytic hydrogen production under visible light
- 
								Key words:
								
 - Zn0.9Cd0.1S
 - / L-cystine
 - / Green synthesis
 - / Photocatalytic hydrogen production
 
- 
							
- 
			
[1] A. Fujishima, Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.
 - 
			
[2] T. Hisatomi, J. Kubota, K. Domen, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7520-7535.
 - 
			
[3] S. U. M. Khan, M. Alshahry, W. B. Ingler, Science, 2002, 297, 2243-2245.
 - 
			
[4] P. Ritterskamp, A. Kuklya, M. A. Wüstkamp, K. Kerpen, C. Weidenthaler, M. Demuth, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7770-7774.
 - 
			
[5] T. Ohmori, H. Mametsuka, E. Suzuki, Int. J. Hydrogen Energy, 2000, 25, 953-955.
 - 
			
[6] J. R. Ran, G. P. Gao, F. T. Li, T. Y. Ma, A. J. Du, S. Z. Qiao, Nat. Commun., 2017, 8, 13907-13917.
 - 
			
[7] H. J. Yan, J. H. Yang, G. J. Ma, G. P. Wu, X. Zong, Z. B. Lei, J. Y. Shi, C. Li, J. Catal., 2009, 266, 165-168.
 - 
			
[8] M. Y. Liu, W. S. You, Z. B. Lei, G. H. Zhou, J. J.Yang, G. P. Wu, G. J. Ma, G. Y. Luan, T. Takata, M. Hara, K. Domen, C. Li, Chem. Commun., 2004, 2192-2193.
 - 
			
[9] H. Du, Y. N. Liu, C. C. Shen, A. W. Xu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1295-1306.
 - 
			
[10] D. C. Jiang, Z. J. Sun, H. X. Jia, D. P. Lu, P. W. Du, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 675-683.
 - 
			
[11] K. Manjodh, C. M. Nagaraja, ACS Sustainable Chem. Eng., 2017, 5, 4293-4303.
 - 
			
[12] K. IKeua, S. Shiiba, M. Machida, Chem. Mater., 2010, 22, 743-745.
 - 
			
[13] W. Chen, G. R. Duan, T. Y. Liu, Z. M. Jia, X. H. Liu, S. M. Chen, X. J. Yang, J. Mater. Sci., 2015, 50, 3920-3928.
 - 
			
[14] L. H. Zhu, Y. Wang, D. Z. Zhang, C. Li, D. M. Sun, S. P. Wen, Y. Chen, S. P. Ruan, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 20793-20800.
 - 
			
[15] Y. F. Chai, G. F. Huang, L. L. Wang, W. Q. Huang, J. Zhou, Mater. Lett., 2015, 142, 133-136.
 - 
			
[16] Z. W. Mei, B. K. Zhang, J. X. Zheng, S. Yuan, Z. Q. Zhuo, X. G. Meng, Z. H. Chen, K. Amine, W. L. Yang, L. W. Wang, W. Wang, S. F. Wang, Q. H. Gong, J. Li, F. S. Liu, F. Pan, Nano Energy, 2016, 26, 405-416.
 - 
			
[17] Y. Y. Hsu, N. T. Suen, C. C. Chang, S. F. Hung, C. L. Chen, T. S. Chan, C. L. Dong, C. C. Chan, S. Y. Chen, H. M. Chen, ACS Appl. Mater Interfaces, 2015, 7, 22558-22569.
 - 
			
[18] I. Levchuk, C. Würth, F. Krause, A. Osvet, M. Batentschuk, U. Resch-Genger, C. Kolbeck, H. P. Steinrueck, W. H. Peukert, C. J. Brabec, Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1083-1094.
 - 
			
[19] M. C. Liu, D. W. Jing, Z. H. Zhou, L. J. Guo, Nat. Commun., 2013, 4, 2278-2285.
 - 
			
[20] S. N. Garaje, S. K. Apte, S. D. Naik, J. D. Ambekar, R. S. Sonawane, M. V. Kulkarni, A. Vinu, B. B. Kale, Environ. Sci. Technol., 2013, 47, 6664-6672.
 - 
			
[21] A. P. Ma, Z. H. Tang, S. L. Shen, L. J. Zhi, J. H. Yang, RSC Adv., 2015, 5, 27829-27836.
 - 
			
[22] Z. H. Han, G. Chen, C. M. Li, Y. G. Yu, Y. S. Zhou, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1696-1702.
 - 
			
[23] J. U. Kim, Y. K. Kim, H. Yang, J. Colloid Interf. Sci., 2010, 341, 59-63.
 - 
			
[24] A. K. Nayak, S. Lee, Y. Sohnb, D. Pradhan, CrystEngComm, 2014, 16, 8064-8072.
 - 
			
[25] E. Furia, G. Sindona, J. Chem. Eng. Data, 2010, 55, 2985-2989.
 - 
			
[26] M. D. Đurović, Ž. D. Bugarčić, F. W. Heinemann, R. Van. Eldik, Dalton Trans., 2014, 43, 3911-3921.
 - 
			
[27] A. Frank, A. S. Wochnik, T. Bein, C. Scheu, RSC Adv., 2017, 7, 20219-20230.
 - 
			
[28] M. Y. Liu, H. Chen, H. M. Zhao, Y. F. He, Y. H. Li, R. Wang, L. C. Zhang, W. S. You, Dalton Trans., 2017, 46, 9407-9414.
 - 
			
[29] L. Vegard, H. Schjelderup, Phys. Z., 1917, 18, 93-96.
 - 
			
[30] H. S. Zhou, H. Sasahara, I. Honma, H. Komiyama, J. W. Haus, Chem. Mater., 1994, 6, 1534-1541.
 - 
			
[31] J. S. Steckel, J. P. Zimmer, S. CoeSullivan, N. E. Stott, V. Bulovi, M. G. Bawendi, Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 2154-2158.
 - 
			
[32] D. H. Wang, L. Wang, A. W. Xu, Nanoscale, 2012, 4, 2046-2053.
 - 
			
[33] I. Tsuji, H. Kato, H. Kobayashi, A. Kudo, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 7323-7329.
 - 
			
[34] W. Lu, W. Z. Wang, M. Shang, W. Z. Yin, S. M. Sun, L. Zhang, Int. J. Hydrogen Energy, 2010, 35, 19-25.
 - 
			
[35] M. Marychurch, G. C. Morris, Surf. Sci., 1985, 154, 251-254.
 - 
			
[36] H. Du, K. Liang, C. Z. Yuan, H. L. Guo, X. Zhou, Y. F. Jiang, A. W. Xu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 4, 24550-24558.
 - 
			
[37] J. F. Reber, K. Meier, J. Phys. Chem., 1984, 88, 5903-5913.
 - 
			
[38] M. Y. Liu, Y. F. He, H. Chen, H. M. Zhao, W. S. You, J. Y. Shi, L. C. Zhang, J. S. Li, Int. J. Hydrogen Energy, 2017, 42, 20970-20978.
 - 
			
[39] L. W. Yin, Y. Bando, J. H. Zhan, M. S. Li, D. Golberg, Adv Mater., 2005, 17, 1972-1977.
 - 
			
[40] Y. C. Zhu, Y. Bando, D. F Xue, D. Golberg. J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 16196-16177.
 - 
			
[41] Q. Li, H. Meng, P. Zhou, Y. Q. Zheng, J. Wang, J. G. Yu, J. R. Gong, ACS Catal., 2013, 3, 882-889
 - 
			
[42] X. Zong, H. J. Yan, G. P. Wu, G. J. Ma, F. Y. Wen, L. Wang, C. Li, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 7176-7177.
 - 
			
[43] J. Bisquert, A. Zaban, M. Greenshtein, I. Mora-Seró, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 13550-13559.
 - 
			
[44] Z. H. Han, G. Chen, C. M. Li, Y. G. Yu, Y. S. Zhou, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1696-1702.
 - 
			
[45] S. Chakrabarty, K. Chakraborty, A. Laha, T. Pal, S. Ghosh, J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 28283-28290.
 - 
			
[46] A. Hagfeldt, H. Lindstrçm, S. Sçdergren, S. E. Lindquist, J. Electroanal. Chem., 1995, 381, 39-46.
 - 
			
[47] A. Jana, C. Bhattacharya, J. Datta, Electrochim. Acta, 2010, 55, 6553-6562.
 - 
			
[48] J. Zhang, J. G. Yu, M. Jaroniec, J. R. Gong, Nano Lett., 2012, 12, 4584-4589.
 
 - 
			
 - 
							
							
							
							
							
						 
						扫一扫看文章
					计量
- PDF下载量: 1
 - 文章访问数: 1744
 - HTML全文浏览量: 47
 

下载: