High Efficiency Electron Transfer Realized over NiS2/MoSe2 S-Scheme Heterojunction in Photocatalytic Hydrogen Evolution

Yang Liu Xuqiang Hao Haiqiang Hu Zhiliang Jin

Citation:  Yang Liu, Xuqiang Hao, Haiqiang Hu, Zhiliang Jin. High Efficiency Electron Transfer Realized over NiS2/MoSe2 S-Scheme Heterojunction in Photocatalytic Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 200803. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030 shu

构建NiS2/MoSe2 S型异质结高效光催化产氢

    通讯作者: 郝旭强, haoxuqiang@126.com
    靳治良, zl-jin@nun.edu.cn
摘要: S型异质结的提出是光催化领域发展的一个重要新理论。本研究通过典型的溶剂热法制备了NiS2和MoSe2,并通过原位生长的方法将二者复合,构建了S型异质结。所得的复合材料在光催化析氢中显示了优异的性能,产氢速率达7 mmol·h-1·g-1,是纯NiS2和MoSe2的2.05倍和2.44倍。进一步研究证实,NiS2和MoSe2耦合可以增强对光吸收强度。与纯NiS2和MoSe2相比,NiS2/MoSe2更高的光电流密度和更低的阴极电流及更低的电化学阻抗均证明了NiS2/MoSe2复合物可以有效促进光生电子的转移。同时,更低的荧光强度表明了NiS2/MoSe2复合物对电子-空穴再次复合的有效抑制,这为光催化析氢反应提供了有利的条件。另一方面,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜发现,MoSe2作为一种无定型样品包围NiS2纳米微球,这大大增加了两者之间的接触面积, 从而增加了反应的活性位点。其次,在该光反应体系中,曙红(EY)作为一种光敏剂,有效地增强了催化剂对光的吸收。同时,在敏化过程中,曙红提供了电子给催化剂,这有效提高了光催化反应效率。S型异质结的建立有助于提高反应体系的氧化还原能力,是光催化还原水产氢反应析氢效果提高的主要原因。通过模特肖特基和光子能量曲线确定NiS2和MoSe2的导带、价带位置,进一步证明了S型异质结的建立。这项工作为研究S型异质结有效提高光催化制氢效率提供了新的参考。

English

    1. [1]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Li, Y. B.; Jin, Z. L.Appl. Surf. Sci. 2020, 499, 143862. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.143862

    2. [2]

      Wang, J.; Wang, J. R.; Song, X. H.; Qi, S. Y.; Zhao, M. W.Appl. Surf. Sci. 2020, 511, 145393. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.145393

    3. [3]

      Li, Y. B.; Jin, Z. L.; Zhao, T. S.Chem. Eng. J. 2020, 382, 123051. doi: 10.1016/j.cej.2019.123051

    4. [4]

      He, F.; Meng, A. Y.; Cheng, B.; Ho, W. K.; Yu, J. G.Chin. J. Catal. 2020, 41, 9. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63382-6

    5. [5]

      Liu, D. D.; Jin Z. L.; Bi, Y. P.Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 4478. doi: 10.1039/C7CY01514C

    6. [6]

      Liao, L.; Zhu, J.; Bian, X. J.; Zhu, L. N.; Scanlon, M. D.; Girault, H. H.; Liu, B. H.Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5326. doi: 10.1002/adfm.201300318

    7. [7]

      Peng, S. Q.; Yang, Y.; Tan, J. N.; Gan, C.; Li, Y. X.Appl. Surf. Sci. 2018, 447, 822. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.04.050

    8. [8]

      Fujishima, A.; Honda, K.Nature 1972, 238, 37.doi: 10.1038/238037a0

    9. [9]

      Park, J. H.; Kim, S.; Bard, A. J. Nano Lett. 2006, 6, 24.doi: 10.1021/nl051807y

    10. [10]

      Liu, Y.; Wang, G. R.; Li, Y. B.; Jin, Z. L.J. Colloid Interface Sci. 2019, 554, 113. doi: 10.1016/j.jcis.2019.06.080

    11. [11]

      潘金波, 申升, 周威, 唐杰, 丁洪志, 王进博, 陈浪, 区泽堂, 尹双凤.物理化学学报, 2020, 36, 1905068.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068Pan, J. B.; Shen, S.Zhou, W.; Tang, J.; Ding, H. Z.; Wang, J. B.; Chen, L.; Au, C. T.; Yin, S. F.Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905068. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905068

    12. [12]

      Wang, Z.J.; Jin, Z. L.; Yuan, H.; Wang, G. R.; Ma, B. Z.J. Colloid Interface Sci. 2018, 532, 287. doi: 10.1016/j.jcis.2018.07.138

    13. [13]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Li, J. K.; Wang, Y. P.; Jin, Z. L.Chin. J. Catal. 2020, 41, 82. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63454-6

    14. [14]

      Zhang, B. Y.; Chen, C. Q.; Liu, J.; Qiao, W.; Zhao, J. X.; Yang, J.; Yu, Y.; Chen, S.; Qin, Y. Appl. Surf. Sci. 2020, 508, 144869. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144869

    15. [15]

      Cebad, S.; Soto, E.; Mota, N.; García, J. L.; Fierro, G.; Navarro, R. M.Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45, 20536. doi: 10.1016/j.ijhydene.2020.01.169

    16. [16]

      孙尚聪, 张旭雅, 刘显龙, 潘伦, 张香文, 邹吉军.物理化学学报, 2020, 36, 1905007.doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007Sun, S. C.; Zhang, X. Y.; Liu, X. L.; Pan, L.; Zhang, X. W.; Zou, J. J.Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1905007. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905007

    17. [17]

      Wang, J. M.; Wang, Z. J.; Zhu, Z. P.Appl. Catal. B:Environ. 2017, 204, 577. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.12.008

    18. [18]

      Wang, Z. Q.; Li, L. F.; Liu, M. Z.; Miao, T. F.; Ye, X. J.; Meng, S. G.; Chen, S. F.; Fu, X. L.J. Energy Chem. 2020, 48, 241. doi: 10.1016/j.jechem.2020.01.017

    19. [19]

      Jin, Z. L.; Zhang, Y. P.Catal. Surv. Asia 2020, 24, 59. doi: 10.1007/s10563-019-09289-x

    20. [20]

      Zhang, S. S.; Qian, X. B.; Yan, J. Q.; Chen, K. L.; Huang, J. H.New J. Chem. 2020, 44, 11710. doi: 10.1039/d0nj01218a

    21. [21]

      Huang, Q. Z.; Xiong, Y; Zhang, Q.; Yao, H. C.; Li, Z. J. Appl. Catal. B:Environ. 2017, 209, 514. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.03.035

    22. [22]

      Zheng, B. J.; Chen, Y. F.; Qi, F.; Wang, X. Q.; Zhang, W. L.; Li, Y. R.; Li, X. S.2D Mater. 2017, 4, 025092. doi: 10.1088/2053-1583/aa6e65

    23. [23]

      Zeng, D. Q.; Wu, P. Y.; Ong, W. J.; Tang, B. S.; Wu, M. D.; Zheng, H. F.; Chen, Y. Z.; Peng, D. L.Appl. Catal. B:Environ. 2018, 233, 26. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.03.102

    24. [24]

      He, R. G.; Liu, H. J.; Liu, H. M.; Xu, D. F.; Zhang, L. Y. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 52, 145. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.027

    25. [25]

      Low, J. X.; Yu, J. G.; Mietek, J.; Swelm, W.; Ahmed, A. Al-G. Adv. Mater. 2017, 29, 1601694. doi: 10.1002/adma.201601694

    26. [26]

      Sun, R. M.; Liu, S. J.; Wei, Q. L.; Sheng, J. Z.; Zhu, S. H.; An, Q. Y. Small 2017, 13, 1701744. doi: 10.1002/smll.201701744

    27. [27]

      Li, N.; Wu, J. J.; Lu, Y. T.; Zhao, Z. J.; Zhang, H. C.; Li, X. T.; Zheng, Y. Z.; Tao, X. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 238, 27. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.07.002

    28. [28]

      Jin, Z. L.; Yan, X.; Hao, X. Q. J. Colloid Interface Sci. 2020, 569, 34. doi: 10.1016/j.jcis.2020.02.052

    29. [29]

      Yu, W. L.; Zhang, S.; Chen, J. X.; Xia, P. F.; Matthias, H. R.; Chen, L. F.; Xu, W.; Jin, J. P.; Chen, S. L.; Peng, T. Y. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 15668. doi: 10.1039/c8ta02922a

    30. [30]

      Qin, J. Q.; Zhang, X. Y.; Yang, C. W.; Cao, M.; Ma, M. Z.; Liu, R. P. Appl. Surf. Sci. 2017, 392, 196. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.09.043

    31. [31]

      Lei, Y. G.; Yang, C.; Hou, J. H.; Wang, F.; Min, S. X.; Ma, X. H.; Jin, Z. L.; Xu, J.; Lu, G. X.; Huang, K. W. Appl. Catal. B:Environ. 2017, 216, 59. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.05.063

    32. [32]

      Yang, G.; Ding, H.; Chen, D. M.; Feng, J. J.; Hao, Q.; Zhu, Y. F. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 234, 260. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.04.038

    33. [33]

      Liu, Y.; Wang, G. R.; Ma, Y. L.; Jin, Z. L. Catal. Lett. 2019, 149, 1788. doi: 10.1007/s10562-019-02777-9

    34. [34]

      Wang, T. T.; Guo, X. S.; Zhang, J. Y.; Xiao, W.; Xi, P. X.; Peng, S. L.; Gao, D. Q. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 4971. doi: 10.1039/c8ta11286j

    35. [35]

      Guo, Z.; Wang, X. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5898. doi: 10.1002/anie.201803092

    36. [36]

      Zhao, G. G.; Zhang, Y.; Yang, L.; Jiang, Y. L.; Zhang, Y.; Hong, W. W.; Tian, Y.; Zhao, H. B.; Hu, J. G.; Zhou, L.; et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1803690. doi: 10.1002/adfm.201803690

    37. [37]

      Wang, Z. J.; Jin, Z. L.; Wang, G. R.; Ma, B. Z. Int. J. Hydrog. Energy 2018, 43, 13039. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.05.099

    38. [38]

      Yang, H.; Jin, Z. L.; Hu, H. Y.; Bi, Y. P.; Lu, G. X. Appl. Surf. Sci. 2018, 427, 587. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.09.021

    39. [39]

      Wu, M. H.; Huang, Y. Y.; Cheng, X. L.; Geng, X. S.; Tang, Q.; You, Y.; Yu, Y. Q.; Zhou, R.; Xu, J. Adv. Funct. Mater. 2017, 4, 1700948. doi: 10.1002/admi.201700948

    40. [40]

      Wang, Y.; Zhao, J. X.; Chen, Z.; Zhang, F.; Guo, W.; Lin, H. M.; Qu, F. Y. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 244, 76. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.11.033

    41. [41]

      Liu, Y.; Ma, X. H.; Wang, H. Y.; Li, Y. B.; Jin, Z. L. Catal. Surv. Asia 2019, 23, 231. doi: 10.1007/s10563-019-09275-3

    42. [42]

      Hu, S.; Jiang, Q. Q.; Ding, S. P.; Liu, Y.; Wu, Z. Z.; Huang, Z. X.; Zhou, T. F.; Guo, Z. P.; Hu, J. C. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 25483. doi: 10.1021/acsami.8b09410

    43. [43]

      Hao, X. Q.; Guo, Q. J.; Li, M.; Jin, Z. L.; Wang, Y. Catal. Sci. Technol. 2020, 10, 5267. doi: 10.1039/d0cy00893a

    44. [44]

      Wang, S.; Zhu, B. C.; Liu, M. J.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G.; Zhou, M. H. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 243, 19. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.10.019

    45. [45]

      Yue, X. Z.; Yi, S. S.; Wang, R. W.; Zhang, Z. T.; Qiu, S. L. Nano Energy 2018, 47, 463. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.03.014

    46. [46]

      Wei, R. B.; Huang, Z. L.; Gu, G. H.; Wang, Z.; Zeng, L. X.; Chen, Y. B.; Liu, Z. Q. Appl. Catal. B:Environ. 2018, 231, 101. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.03.014

    47. [47]

      曹丹, 安华, 严孝清, 赵宇鑫, 杨贵东, 梅辉.物理化学学报, 2020, 36, 1901051. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901051Cao, D.; An, H.; Yan, X. Q.; Zhao, Y. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1901051.

    48. [48]

      Ge, H. N.; Xu, F. Y.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K. ChemCatChem 2019, 11, 6301. doi: 10.1002/cctc.201901486

    49. [49]

      Yuan, Y. J.; Shen, Z. K.; Wu, S. T.; Su, Y. B.; Pei, L.; Ji, Z. G.; Ding, M. Y.; Bai, W. F.; Chen, Y. F.; Yu, Z. T.; et al. Appl. Catal. B:Environ. 2019, 246, 120. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.01.043

    50. [50]

      Mahmoud, S.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Chem. Eng. J. 2020, 397, 125390. doi: 10.1016/j.cej.2020.125390

    51. [51]

      Luo, J. H.; Lin, Z. X.; Zhao, Y.; Jiang, S. J.; Song, S. Q. Chin. J. Catal. 2020, 41, 122. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63490-X

    52. [52]

      He, F.; Zhu, B. C.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Ho, W. K.; Macyk, W. Appl. Catal. B:Environ. 2020, 272, 119006. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119006

    53. [53]

      Zeng, D. Q.; Ong, W. J.; Zheng, H. F.; Wu, M. D.; Chen, Y. Z.; Peng, D. L.; Han, M. Y. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 16171. doi: 10.1039/c7ta04816e

    54. [54]

      Jin, Z. L.; Zhang, Y. K.; Ma, Q. X. J. Colloid Interface Sci. 2019, 556, 689. doi: 10.1016/j.jcis.2019.08.107

    55. [55]

      Mei, F. F.; Li, Z.; Dai, K.; Zhang, J. F.; Liang, C. H. Chin. J. Catal. 2020, 41, 41. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63389-9

    56. [56]

      Zhang, L. J.; Hao, X. Q.; Jian, Q. Y. J. Solid State Chem. 2019, 274, 286. doi: 10.1016/j.jssc.2019.03.040

    57. [57]

      Wang, H. Y.; Jin, Z. L. Sustainable Energy Fuels 2019, 3, 173. doi: 10.1039/c8se00445e

    58. [58]

      Yang, H.; Jin, Z. L.; Liu, D. D.; Fan, K.; Wang, G. R. J. Phys. Chem. C 2018, 122, 10430. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b01666

    59. [59]

      Wang, J.; Wang, G. H.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Fan, J. J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 56. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63634-8

    60. [60]

      Zhang, Y. K.; Jin, Z. L. Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 1944. doi: 10.1039/c8cy026

    61. [61]

      Xia, P. F.; Cao, S. W.; Zhu, B. C.; Liu, M. J.; Shi, M. S.; Yu, J. G. Angew. Chem. 2020, 59, 5218. doi: 10.1002/anie.201916012

    62. [62]

      Hao, X. Q.; Cui, Z. W.; Zhou, J.; Wang, Y. C.; Hu, Y.; Wang, Y.; Zou, Z. G. Nano Energy 2018, 52, 105. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.07.043

    63. [63]

      Xu, Q. L.; Zhang, L. Y.; Cheng, B.; Fan, J. J.; Yu, J. G. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

    64. [64]

      Xie, Q.; He, W. M.; Liu, S. W.; Li, C. H.; Zhang, J. F.; Wong, P. K. Chin. J. Catal. 2020, 41, 140. doi: 10.1016/S1872-2067(19)63481-9

    65. [65]

      Xu, F. Y.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S. Y.; Xu, J. S.; Yu, J. G. Nat. Commun. 2020, in press.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  48
  • 文章访问数:  1000
  • HTML全文浏览量:  392
文章相关
  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-08-13
  • 接受日期:  2020-09-07
  • 修回日期:  2020-08-30
  • 网络出版日期:  2020-09-11
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