Fabricating Ag/CN/ZnIn2S4 S-Scheme Heterojunctions with Plasmonic Effect for Enhanced Light-Driven Photocatalytic CO2 Reduction

Yining Zhang Ming Gao Songtao Chen Huiqin Wang Pengwei Huo

Citation:  Yining Zhang, Ming Gao, Songtao Chen, Huiqin Wang, Pengwei Huo. Fabricating Ag/CN/ZnIn2S4 S-Scheme Heterojunctions with Plasmonic Effect for Enhanced Light-Driven Photocatalytic CO2 Reduction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(6): 221105. doi: 10.3866/PKU.WHXB202211051 shu

Ag/CN/ZnIn2S4 S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO2研究

    通讯作者: 霍鹏伟, huopw@ujs.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22078131

摘要: S型异质结在电子的激发和输运方面具有优异的表现。本研究采用光沉积和水热法制备了Ag/CN/ZnIn2S (ACZ) S型异质结复合光催化剂,其中,ACZ-60的CO和CH4产率最高,分别为5.63 μmol∙g−1和0.23 μmol∙g−1,是CN的6.5倍和2.1倍。通过电子自旋共振(ESR)和紫外光电子能谱(UPS)的表征分析,得出ACZ遵循S型电子转移路径的结论,进一步通过光电化学和PL测试证明S型异质结的形成改善了原本单体催化剂电子空穴复合率高的问题,同时也增强了光吸收。另一方面,沉积在CN表面的Ag NPs既作为反应活性位点,又具有等离子效应,进一步增强了对可见光的吸收性能,有效提升了电子传递效率,同时为反应提供了更多的热电子。此外,通过原位红外解释了光催化还原CO2可能的反应路径。本研究为设计具有等离子体效应的S型异质结光催化剂提供了新思路。

English

    1. [1]

      Ola, O.; Maroto-Valer, M. M. J. Photochem. Photobiol. C 2015, 24, 16. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2015.06.001

    2. [2]

      刘影, 刘晓放, 夏林, 黄超杰, 吴兆萱, 王慧, 孙予罕. 物理化学学报, 2020, 38, 2002017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202002017Liu, Y.; Liu, X. F.; Xia, L.; Huang, C.; Wu, Z.; Wang, H.; Sun, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 38, 2002017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202002017

    3. [3]

      孟怡辰, 况思宇, 刘海, 范群, 马新宾, 张生. 物理化学学报, 2021, 37, 2006034. doi: 10.3866/PKU.WHXB202006034Meng, Y. C.; Kuang, S. Y.; Liu, H.; Fan, Q.; Zhang, S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2006034. doi: 10.3866/PKU.WHXB202006034

    4. [4]

      Oschatz, M.; Antonietti, M. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 57. doi: 10.1039/c7ee02110k

    5. [5]

      Saha, P.; Amanullah, S. A. Acc. Chem. Res. 2022, 55, 134. doi: 10.1021/acs.accounts.1c00678

    6. [6]

      杜亚东, 孟祥桐, 汪珍, 赵鑫, 邱介山. 物理化学学报, 2022, 38, 2101009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101009Du, Y. C.; Meng, X. T.; Wang, Z.; Zhao, X.; Qiu, J. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2101009. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101009

    7. [7]

      Shawky, A.; Mohamed, R. M. J. Environ. Chem. Eng. 2022, 10, 108249. doi: 10.1016/j.jece.2022.108249

    8. [8]

      Shi, X.; Cao, L. N.; Chen, Y. M.; Huang, Y. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 5023. doi: 10.1016/j.cclet.2022.01.066

    9. [9]

      朱弼辰, 洪小洋, 唐丽永, 刘芹芹, 唐华. 物理化学学报, 2021, 38, 2111008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008Zhu, B. C.; Hong, X. Y.; Tang, L. Y.; Liu, Q. Q.; Tang, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 38, 2111008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202111008

    10. [10]

      He, H. B.; Gao, X. M.; Xu, K. X.; Li, H. Y.; Hu, Y.; Yang, C. M.; Fu, F. Chem. Eng. J. 2022, 450, 138266. doi: 10.1016/j.cej.2022.138266

    11. [11]

      Kamal, K. M.; Narayan, R.; Chandran. N. S.; Popović, S.; Nazrulla, M. A.; Kovač, J.; Vrtovec, N.; Bele M.; Hodnik, N.; Kržmanc, M.; et al. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 307, 121181. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121181

    12. [12]

      Ran, J.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Adv. Mater. 2018, 30, 1704649. doi: 10.1002/adma.201704649

    13. [13]

      Wang, H. J.; Li, X.; Zhao, X. X.; Li, C. X.; Song, X. H.; Zhang, P.; Huo, P. W.; Li, X. Chin. J. Catal. 2022, 43, 178. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63910-4

    14. [14]

      Wang, Y.; Chen, E.; Tang, J. ACS Catal. 2022, 12, 7300. doi: 10.1021/acscatal.2c01012

    15. [15]

      Wang, L.; Li, Y. K.; Wu, C.; Li, X.; Shao, G. S.; Zhang, P. Chin. J. Catal. 2022, 43, 507. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63898-6

    16. [16]

      Wang, K.; Fu, J.; Zheng, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 254, 270. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.05.002

    17. [17]

      Wang, M.; Shen, M.; Jin, X. X.; Tian, J. J.; Shao, Y. R.; Zhang, L. X.; Li, Y. S.; Shi, J. L. Chem. Eng. J. 2022, 427, 130987. doi: 10.1016/j.cej.2021.130987

    18. [18]

      Meng, A. Y.; Cheng, B.; Tan, H. Y.; Fan, J. J.; Su, C. L.; Yu, J. G. Appl. Catal. B-Environ. 2021, 289, 120039. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120039

    19. [19]

      Guo, W. Q.; Luo, H. L.; Jiang, Z.; Shangguan, W. F. Chin. J. Catal. 2022, 43, 316. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63846-9

    20. [20]

      Tang, Z. L.; Wang, C. J.; He, W. J.; Wei, Y. C.; Zhao, Z.; Liu, J. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 939. doi: 10.1016/j.cclet.2021.07.020

    21. [21]

      Di, T. G.; Zhu B. C.; Bie, C.; Cheng, B.; Ho, W.; Li, Y.; Macyk, W.; Ghasemi, J.; Yu, J. Green Chem. 2022, 24, 5739. doi: 10.1016/j.jcat.2017.06.006

    22. [22]

      Wang, L. B.; Zhu, B. C.; Cheng, B.; Zhang, J. J.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1648. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63805-6

    23. [23]

      Li, X.; Wei, Y. N.; Ma, C. C.; Jiang, H. P.; Gao, M.; Zhang, S. M.; Liu, W. K.; Huo, P. W.; Wang, H. Q.; Wang, L. L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 11755. doi: 10.1021/acsami.0c18809

    24. [24]

      Huang, Y.; Dai, K.; Zhang, J.; Dawson, G. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2539. doi: 10.1016/s1872-2067(21)64024-x

    25. [25]

      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

    26. [26]

      Wang, L.; Chen, D. L.; Miao, S. Q.; Chen, F.; Guo, C. F.; Ye, P. C.; Ning, J. Q.; Zhong, Y. J.; Hu, Y. Chem. Eng. J. 2022, 434, 133867. doi: 10.1016/j.cej.2021.133867

    27. [27]

      Dai, B. L.; Zhao, W.; Wei, W.; Cao, J. H.; Yang, G.; Li, S. J.; Sun, C.; Leung, Y. C. D. Carbon 2022, 193, 272. doi: 10.1016/j.carbon.2022.03.038

    28. [28]

      Wang, K.; Feng, X.; Shangguan, Y.; Wu. X.; Chen, H. Chin. J. Catal. 2022, 43, 246. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63819-6

    29. [29]

      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

    30. [30]

      Chen, Y.; Su, F.; Xie, H.; Wang, R.; Ding, C.; Huang, J.; Xu, Y.; Ye, L. Chem. Eng. J. 2021, 404, 126498. doi: 10.1016/j.cej.2021.126498

    31. [31]

      He, R. A.; Ou, S. J.; Liu, Y. X.; Liu, Y.; Xu, D. F. Chin. J. Catal. 2022, 43, 370. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63911-6

    32. [32]

      Dou, X. C.; Zhang, C. L.; Shi, H. F. Sep. Purif. Technol. 2022, 282, 120023. doi: 10.1016/j.seppur.2021.120023

    33. [33]

      Yuan, X. X.; Yang, J. Y.; Yao, Y. Y.; Shen, H.; Meng, Y.; Xie, B.; Ni, Z. M.; Xia, S. J. Sep. Purif. Technol. 2022, 291, 120965. doi: 10.1016/j.seppur.2022.120965

    34. [34]

      Su, Y.; Xu, X.; Li, R.; Luo, X.; Yao, H.; Fang, S.; Peter, H. K.; Huang, Z.; Gao, Y.; Chen, X. Chem. Eng. J. 2022, 429, 132241. doi: 10.1016/j.cej.2021.132241

    35. [35]

      Jia, Y.; Wang, Z.; Qiao, X. Q.; Huang, L.; Gan, S.; Hou, D.; Zhao, J.; Sun, C. D.; Li, S. Chem. Eng. J. 2021, 424, 130368. doi: 10.1016/j.cej.2021.130368

    36. [36]

      Liu, J. H.; Wei, X. N.; Sun, W. Q.; Guan, X. X.; Zheng, X. C.; Li, J.; Environ. Res. 2021, 197, 111136. doi: 10.1016/j.envres.2021.111136

    37. [37]

      Patnaik, S.; Mishra, B. P.; Parida, K. Catal. Sci. Technol. 2021, 11, 7505. doi: 10.1039/d1cy01462e

    38. [38]

      Li, Y. F.; Xia, Z. L.; Yang, Q.; Wang, L. X.; Xing, Y. J. Mater. Sci. Technol. 2022, 125, 128. doi: 10.1016/j.jmst.2022.02.035

    39. [39]

      Gan, Z. Y.; Huang, C. F.; Shen, Y. F.; Zhou, Q.; Han, D.; Ma, J.; Liu, S. Q.; Zhang, Y. J. Chin. Chem. Lett. 2020, 31, 513. doi: 10.1016/j.cclet.2019.04.065

    40. [40]

      Mo, Z.; Zhu, X. W.; Jiang, Z. F.; Song, Y. H.; Liu, D. B.; Li, H. P.; Yang, X. F.; She, Y. B.; Lei, Y. C.; Yuan, S. Q.; et al. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 256, 117854. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.117854

    41. [41]

      Zhang, F. W.; Wen, Q. J.; Hong, M. Z.; Zhuang, Z. Y.; Yu, Y. Chem. Eng. J. 2017, 307, 593. doi: 10.1016/j.cej.2016.08.120

    42. [42]

      秦祖赠, 吴靖, 李斌, 苏通明, 纪红兵. 物理化学学报, 2020, 37, 2005027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005027Qin, Z. Z.; Wu, J.; Li, B.; Su, T. M.; Ji, H. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 37, 2005027. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005027

    43. [43]

      Gong, S.; Teng, X.; Niu, Y.; Liu, X.; Xu, M.; Xu, C.; Ji, L.; Chen, Z. Appl. Catal. B-Environ. 2021, 298, 120521. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120521

    44. [44]

      Zhang, X. D.; Kim, D.; Yan, J.; Lee, L. Y. S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 9762. doi: 10.1021/acsami.0c17926

    45. [45]

      Huang, Q. L.; Hu, J. Q.; Hu, Y. F.; Liu, J. C.; He, J. L.; Zhou, G. B.; Hu, N.; Yang, Z.; Zhang, Y. C.; Zhou, Y.; et al. Environ. Sci. Nano 2022, 9, 4433doi: 10.1039/d2en00781a

    46. [46]

      Zhou, Q.; Zhang, L. H.; Zhang, L. F.; Jiang, B.; Sun, Y. L. J. Hazard. Mater. 2022, 438, 129438. doi: 10.1016/j.jhazmat.2022.129438

    47. [47]

      Zhu, C. Z.; He, Q. Y.; Wang, W. K.; Du, F.; Yang, F.; Chen, C. X.; Wang, C. H.; Wang, S. B.; Duan, X. G. J. Colloid Interface Sci. 2022, 620, 253. doi: 10.1016/j.jcis.2022.04.024

    48. [48]

      Cao, S.; Yu, J. G.; Wageh, S.; AlGhamdi, A. A.; Mousavi, M.; Ghasemi, J. B.; Xu, F. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 17174. doi: 10.1039/d2ta05181h

    49. [49]

      Bai, J. X.; Shen, R. C.; Jiang, Z. M.; Zhang, P.; Li, Y. J.; Li, X. Chin. J. Catal. 2022, 43, 359. doi: 10.1016/s1872-2067(21)63883-4

    50. [50]

      Li, Q. Y.; Wei, G. T.; Yang, Y. J.; Gao, L.; Zhang, L. Y.; Li, Z. M.; Huang, X. Y.; Gan, J. Y. Chem. Eng. J. 2021, 424, 130537. doi: 10.1016/j.cej.2021.130537

    51. [51]

      Wang, B.; Li, Z.; Ma, H. X.; Zhang, J. B.; Jiao, L. Y.; Hao, H.; Liu, E. Z.; Xu, L.; Wang, C.; Zhou, B.; et al. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 318, 121882. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121882

    52. [52]

      Zhu, Y. K.; Zhuang, Y.; Wang, L. L.; Tang, H.; Meng, X. F.; She, X. L. Chin. J. Catal. 2022, 43, 2558. doi: 10.1016/s1872-2067(22)64099-3

    53. [53]

      Zhao, L. N.; Bian, J.; Zhang, X. F.; Bai, L. L.; Xu, L. Y.; Qu, Y.; Li, Z. J.; Li, Y. X.; Jing, L. Q. Adv. Mater. 2022, 34, 2205303. doi: 10.1002/adma.202205303

    54. [54]

      Yue, X. Y.; Cheng, L.; Fan, J. J.; Xiang, Q. J. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 304, 120979. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120979

    55. [55]

      Zhao, Z. L.; Bian, J.; Zhao, L. N.; Wu, H. J.; Xu, S.; Sun, L.; Li, Z. J.; Zhang, Z. Q.; Jing, L. Q. Chin. J. Catal. 2022, 43, 1331. doi: 10.1016/s1872-2067(21)64005-6

    56. [56]

      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

    57. [57]

      Jiang, Y. B.; Sun, Z. Z.; Chen, Q. W.; Cao, C.; Zhao, Y.; Yang, W. S.; Zeng, L.; Huang, L. M. Appl. Surf. Sci. 2022, 571, 151287. doi: 10.1016/j.apsusc.2021.151287

    58. [58]

      Zhang, Y. P.; Han, W.; Yang, Y.; Zhang, H. Y.; Wang, Y.; Wang, L.; Sun, X. J.; Zhang, F. M. Chem. Eng. J. 2022, 446, 137213. doi: 10.1016/j.cej.2022.137213

    59. [59]

      Zhu, C.; Yao, H.; Le, S.; Yin, Y.; Chen, C.; Xu, H.; Wang, S.; Duan, X. Compos. Part B-Eng. 2022, 242, 110082. doi: 10.1016/j.compositesb.2022.110082

    60. [60]

      Wang, A. W.; Ni, J. X.; Wang, W.; Wang, X. Y.; Liu, D. M.; Zhu, Q. J. Hazard. Mater. 2022, 426, 128106. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.128106

    61. [61]

      Deng, H. Z.; Fei, X. G.; Yang, Y.; Fan, J. J.; Yu, J. G.; Cheng, B.; Zhang, L. Y. Chem. Eng. J. 2021, 409, 127377. doi: 10.1016/j.cej.2020.127377

    62. [62]

      Zhang, Y.; Qiu, J. Y.; Zhu; B. C., Fedin, M. V.; Cheng, B.; Yu, J. G.; Zhang, L. Chem. Eng. J. 2022, 444, 136584. doi: 10.1016/j.cej.2022.136584

    63. [63]

      Wang, J.; Sun, S. J.; Zhou, R.; Li, Y. Z.; He, Z. T.; Ding, H.; Chen, D. M.; Ao, W. H. J. Mater. Sci. Technol. 2021, 78, 1. doi: 10.1016/j.jmst.2020.09.045

    64. [64]

      Li, M. Z.; Wang, L. L.; Zhang, X. Y.; Yin, W. N.; Zhang, Y. B.; Li, J. W.; Yin, Z. Y.; Cai, Y. T.; Liu, S. J.; Zhao, Q. Chin. Chem. Lett. 2022, 22, 107775. doi: 10.1016/j.cclet.2022.107775

    65. [65]

      Wang, L. B.; Cheng, B.; Zhang, L. Y.; Yu, J. G. Small 2021, 17, 2103447. doi: 10.1002/smll.202103447

    66. [66]

      Li, L. L.; Ma, D. K.; Xu, Q. L.; Huang, S. M. Chem. Eng. J. 2022, 437, 135153. doi: 10.1016/j.cej.2022.135153

    67. [67]

      何志桥, 童丽丽, 张志鹏, 陈建孟, 宋爽. 物理化学学报, 2015, 31, 2341.He, Z. Q.; Tong, L. L.; Zhang, Z. P.; Chen, J. M.; Song, S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 2341.

    68. [68]

      Zhang, L. S.; Ding, N.; Lou, L. C.; Iwasaki, K.; Wu, H. J.; Luo, Y. H.; Li, D. M.; Nakata, K.; Fujishima, A.; Meng, Q. B. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1806774. doi: 10.1002/adfm.201806774

    69. [69]

      Humayun, M.; Ullah, H.; Cheng, Z. E.; Tahir, A. A.; Luo, W.; Wang, C. Appl. Catal. B-Environ. 2022, 310, 121322. doi: 10.1016/j.apcatb.2022.121322

    70. [70]

      Jiang, Z. F.; Wan, W. M.; Li, H. M.; Yuan, S. Q.; Zhao, H. J.; Wong, P. K. Adv. Mater. 2018, 30, 1706108. doi: 10.1002/adma.201706108

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  9
  • 文章访问数:  873
  • HTML全文浏览量:  48
文章相关
  • 发布日期:  2023-06-15
  • 收稿日期:  2022-11-26
  • 接受日期:  2023-01-09
  • 修回日期:  2023-01-07
  • 网络出版日期:  2023-01-16
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