Novel Carboxy-Functionalized PVP-CdS Nanopopcorns with Homojunctions for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution

Na Zhao Jing Peng Jianping Wang Maolin Zhai

Citation:  Na Zhao, Jing Peng, Jianping Wang, Maolin Zhai. Novel Carboxy-Functionalized PVP-CdS Nanopopcorns with Homojunctions for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(4): 200404. doi: 10.3866/PKU.WHXB202004046 shu

羧酸根功能化的PVP-CdS同质结及其高效的光催化析氢性能

    通讯作者: 翟茂林, mlzhai@pku.edu.cn
  • 基金项目:

    科学挑战项目 TZ2018004

    国家自然科学基金 11575009

    国家自然科学基金 11405168

摘要: 光催化制氢是一种十分绿色、环保可持续的产氢方式。为了构建高效的光催化体系,对光催化剂进行表面修饰可以提高反应分子的吸附/活化的能力和电荷转移的效率。在本文中,我们通过γ-射线辐射还原法一步合成了聚乙烯吡咯烷酮包裹的硫化镉(P-CdS)同质结纳米粒子,之后通过室温下的碱化后处理,将P-CdS表面的PVP水解成为具有羧酸根和铵根的MPVP,而CdS的WZ-ZB同质结的晶体结构并未受到影响。一方面,由于MPVP在碱性溶液中的溶解度的提高,一部分MPVP溶解于溶液中,最终从MP-CdS表面去除,从而暴露出更多WZ-ZB同质结的活性位点。另一方面,水解后的MPVP保留在CdS表面,其羧酸根离子与CdS的配位作用,会影响到催化剂的价带结构,进而促进光催化析氢过程。在二者的协同作用下,当碱化NaOH浓度为1 mol·L-1时,MP-CdS-3碱化样品的光催化析氢速率达到477 μmol·g-1·h-1,是未碱化样品的2倍。这种碱化后处理的策略简单且廉价,可以引申到合成一些PVP包裹的各类光催化剂的表面修饰当中,有利于促进硫化镉材料的光催化应用。

English

    1. [1]

      Ning, X.; Lu, G. Nanoscale 2020, 12, 1213. doi: 10.1039/C9NR09183A

    2. [2]

      Zhang, J.; Chen, X.; Bai, Y.; Li, C.; Gao, Y.; Li, R.; Li, C. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 10264. doi: 10.1039/C8TA08199A

    3. [3]

      Li, R.; Li, C. Adv. Catal. 2017, 60, 1. doi: 10.1016/bs.acat.2017.09.001

    4. [4]

      曹朋飞, 胡杨, 张有为, 彭静, 翟茂林. 物理化学学报, 2017, 33, 2542. doi: 10.3866/pku.whxb201706151Cao, P. F.; Hu, Y.; Zhang, Y. W.; Peng, J.; Zhai, M. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 2542. doi: 10.3866/pku.whxb201706151

    5. [5]

      Wang, Z.; Wang, L. Chin. J. Catal. 2018, 39, 369. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62998-X

    6. [6]

      Chen, J. Z.; Wu, X. J.; Yin, L. S.; Li, B.; Hong, X.; Fan, Z. X.; Chen, B.; Xue, C.; Zhang, H. Angew. Chem. -Int. Edit. 2015, 54, 1210. doi: 10.1002/anie.201410172

    7. [7]

      Jang, J. S.; Joshi, U. A.; Lee, J. S. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13280. doi: 10.1021/jp072683b

    8. [8]

      Jing, D. W.; Guo, L. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11139. doi: 10.1021/jp060905k

    9. [9]

      Yuan, Y. J.; Li, Z.; Wu, S.; Chen, D.; Yang, L. X.; Cao, D.; Tu, W. G.; Yu, Z. T.; Zou, Z. G. Chem. Eng. J. 2018, 350, 335. doi: 10.1016/j.cej.2018.05.172

    10. [10]

      Li, L.; Wu, J.; Liu, B.; Liu, X.; Li, C.; Gong, Y.; Huang, Y.; Pan, L. Catal. Today 2018, 315, 110. doi: 10.1016/j.cattod.2018.03.072

    11. [11]

      Low, J.; Dai, B.; Tong, T.; Jiang, C.; Yu, J. Adv. Mater. 2019, 31, 1802981. doi: 10.1002/adma.201802981

    12. [12]

      Wang, P.; Yi, X.; Lu, Y.; Yu, H.; Yu, J. J. Colloid Interface Sci. 2018, 532, 272. doi: 10.1016/j.jcis.2018.07.139

    13. [13]

      Zhao, D.; Chen, C.; Yu, C.; Ma, W.; Zhao, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13160. doi: 10.1021/jp9002774

    14. [14]

      Ai, Z. Z.; Zhao, G.; Zhong, Y. Y.; Shao, Y. L.; Huang, B. B.; Wu, Y. Z.; Hao, X. P. Appl. Catal. B-Environ. 2018, 221, 179. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.09.002

    15. [15]

      Li, K.; Han, M.; Chen, R.; Li, S. L.; Xie, S. L.; Mao, C.; Bu, X.; Cao, X. L.; Dong, L. Z.; Feng, P.; et al. Adv. Mater. 2016, 28, 8906. doi: 10.1002/adma.201601047

    16. [16]

      Zhao, N.; Peng, J.; Liu, G.; Zhang, Y.; Lei, W.; Yin, Z.; Li, J.; Zhai, M. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 18458. doi: 10.1039/C8TA03414A

    17. [17]

      Wang, J.; Cui, W.; Chen, R.; He, Y.; Yuan, C.; Sheng, J.; Li, J.; Zhang, Y.; Dong, F.; Sun, Y. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 529. doi: 10.1039/C9CY02048A

    18. [18]

      Chen, S.; Qi, Y.; Li, C.; Domen, K.; Zhang, F. Joule 2018, 2, 2260. doi: 10.1016/j.joule.2018.07.030

    19. [19]

      Liao, Y.; Cao, S. W.; Yuan, Y.; Gu, Q.; Zhang, Z.; Xue, C. Chem. -A Eur. J. 2014, 20, 10220. doi: 10.1002/chem.201403321

    20. [20]

      Zhong, W.; Wu, X.; Wang, P.; Fan, J.; Yu, H. ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 543. doi: 10.1021/acssuschemeng.9b06046

    21. [21]

      Meng, X.; Ouyang, S.; Kako, T.; Li, P.; Yu, Q.; Wang, T.; Ye, J. Chem. Commun. 2014, 50, 11517. doi: 10.1039/C4CC04848B

    22. [22]

      Zhang, H.; Yang, Z.; Shangguan, L.; Song, X.; Sun, J.; Lei, W. Nanotechnology 2020, 31, 145716. doi: 10.1088/1361-6528/ab6750

    23. [23]

      Zhao, F.; Feng, Y.; Wang, Y.; Zhang, X.; Liang, X.; Li, Z.; Zhang, F.; Wang, T.; Gong, J.; Feng, W. Nat. Commun. 2020, 11, 1443. doi: 10.1038/s41467-020-15262-4

    24. [24]

      Muruganandam, S.; Anbalagan, G.; Murugadoss, G. Optik 2017, 131, 826. doi: 10.1016/j.ijleo.2016.12.001

    25. [25]

      Aisida, S. O.; Ahmad, I.; Ezema, F. I. Phys. B: Conden. Matter 2020, 579, 411907. doi: 10.1016/j.physb.2019.411907

    26. [26]

      Senthil, S.; Srinivasan, S.; Thangeeswari, T.; Ratchagar, V. J. Mater. Sci. -Mater. Electron. 2019, 30, 19841. doi: 10.1007/s10854-019-02351-4

    27. [27]

      Bibi, R.; Huang, H.; Kalulu, M.; Shen, Q.; Wei, L.; Oderinde, O.; Li, N.; Zhou, J. ACS Sustain. Chem. Eng. 2019, 7, 4868. doi: 10.1021/acssuschemeng.8b05352

    28. [28]

      Kour, G.; Gupta, M. Dalton Trans. 2017, 46, 7039. doi: 10.1039/C7DT00822H

    29. [29]

      Huang, P.; Jiang, Q.; Yu, P.; Yang, L.; Mao, L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 5239. doi: 10.1021/am401082n

    30. [30]

      Kumar, D. P.; Hong, S.; Reddy, D. A.; Kim, T. K. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 18551. doi: 10.1039/C6TA08628D

    31. [31]

      Xiong, J.; Liu, Y.; Wang, D.; Liang, S.; Wu, W.; Wu, L. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 12631. doi: 10.1039/C5TA02438B

    32. [32]

      Li, Y. H.; Zhang, F.; Chen, Y.; Li, J. Y.; Xu, Y. J. Green Chem. 2020, 22, 163. doi: 10.1039/C9GC03332G

    33. [33]

      Abdelghany, A. M.; Abdelrazek, E. M.; Rashad, D. S. Spectrochim. Acta A 2014, 130, 302. doi: 10.1016/j.saa.2014.04.049

    34. [34]

      Guo, Y.; Shi, W.; Zhu, Y.; Xu, Y.; Cui, F. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 262, 118262. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118262

    35. [35]

      Waehayee, A.; Watthaisong, P.; Wannapaiboon, S.; Chanlek, N.; Nakajima, H.; Wittayakun, J.; Suthirakun, S.; Siritanon, T. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 978. doi: 10.1039/C9CY01782H

    36. [36]

      Buxton, G. V.; Greenstock, C. L.; Helman, W. P.; Ross, A. B. J. Phys. Chem. Ref. Data 1988, 17, 513. doi: 10.1063/1.555805

    37. [37]

      Rossetti, R.; Nakahara, S.; Brus, L. E. J. Chem. Phys. 1983, 79, 1086. doi: 10.1063/1.445834

    38. [38]

      Zhang, L.; Cheng, Z. Q.; Wang, D. F.; Li, J. F. Mater. Lett. 2015, 158, 439. doi: 10.1016/j.matlet.2015.06.042

    39. [39]

      Chava, R. K.; Son, N.; Kim, Y. S.; Kang, M. Nanomaterials 2020, 10, 619. doi: 10.3390/nano10040619

    40. [40]

      Wang, L.; Gao, Z.; Li, Y.; She, H.; Huang, J.; Yu, B.; Wang, Q. Appl. Surf. Sci. 2019, 492, 598. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.06.222

    41. [41]

      Jiang, Z.; Zhang, X.; Yang, G.; Yuan, Z.; Ji, X.; Kong, F.; Huang, B.; Dionysiou, D. D.; Chen, J. Chem. Eng. J. 2019, 373, 814. doi: 10.1016/j.cej.2019.05.112

    42. [42]

      Sun, Q.; Wang, N.; Yu, J.; Yu, J. C. Adv. Mater. 2018, 30, 1804368. doi: 10.1002/adma.201804368

    43. [43]

      Wu, Y.; Wang, H.; Tu, W.; Wu, S.; Liu, Y.; Tan, Y. Z.; Luo, H.; Yuan, X.; Chew, J. W. Appl. Catal. B-Environ. 2018, 229, 181. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.02.029

    44. [44]

      Ruan, D.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 264, 118541. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118541

    45. [45]

      Xing, P.; Chen, Z.; Chen, P.; Lin, H.; Zhao, L.; Wu, Y.; He, Y. J. Colloid Interface Sci. 2019, 552, 622. doi: 10.1016/j.jcis.2019.05.098

    46. [46]

      Qin, Y.; Li, H.; Lu, J.; Meng, F.; Ma, C.; Yan, Y.; Meng, M. Chem. Eng. J. 2020, 384, 123275. doi: 10.1016/j.cej.2019.123275

    47. [47]

      Moniruddin, M.; Oppong, E.; Stewart, D.; McCleese, C.; Roy, A.; Warzywoda, J.; Nuraje, N. Inorg. Chem. 2019, 58, 12325. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b01854

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  18
  • 文章访问数:  340
  • HTML全文浏览量:  32
文章相关
  • 发布日期:  2022-04-15
  • 收稿日期:  2020-04-15
  • 接受日期:  2020-05-06
  • 修回日期:  2020-05-01
  • 网络出版日期:  2020-05-11
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章