Coralline-like Ni2P decorated
novel tetrapod-bundle Cd0.9Zn0.1S ZB/WZ homojunctions for highly efficient visible-light photocatalytic hydrogen evolution
珊瑚狀Ni2P修飾新型四足狀Cd0.9Zn0.1SZB/WZ同質結光催化劑的高效可見光光催化產氫
邵珠旺,
孟曉,
賴紅,
張大鳳,
蒲錫鵬*,
蘇昌華,
李紅,
任小珍,
耿延玲
隨著社會發展,
傳統化石能源消耗加劇,
人類迫切需要開發新型的清潔能源.
半導體光催化分解水產氫是一種非常具有潛力解決能源危機的清潔技術.
目前,
金屬硫化物半導體有著合適的能帶結構和高效的光催化產氫能力而得到了廣泛的研究.
通常,
為了提高光催化劑產氫性能,
添加貴金屬助催化劑是一個行之有效的方法.
但是貴金屬昂貴的價格限制了其大規模的應用,
因此有必要研究儲量豐富,
價格低廉的高效助催化劑.
Ni2P,
CoP,
Co2P,
MoP,
Cu3P等過渡金屬磷化物具有價格低廉,
優異的穩定性和催化性能而被用作電催化產氫的催化劑.
通常,
用于電催化產氫的催化劑往往可以作為光催化產氫的助催化劑.
眾所周知,
催化性能與材料的形貌密切相關,
因此,
具有棒狀、中空、片狀等形貌的金屬硫化物被制備并用于光催化產氫.
然而,
四足狀結構的金屬硫化物研究較少.
在已有的Ni2P (NP)相關研究中,
僅合成了納米顆粒狀的NP.
本文成功合成了四足狀Cd0.9Zn0.1S
(CZS)和珊瑚狀形貌的NP,
進一步得到一系列Ni2P-Cd0.9Zn0.1S
(NPCZS)光催化劑,
采用XRD,
SEM,
TEM,
XPS和ICP-AES測試了樣品的結構、形貌、表面成分和元素含量,
并測試了樣品的光催化產氫性能.
采用水熱法合成的CZS樣品具有特殊的四足狀形貌,
足部由納米棒組成.
XRD結果表明,
四足狀CZS中立方相(WZ)和六方相(ZB)共存.
經TEM進一步分析,
發現CZS中心部位呈ZB相結構,
而足部卻是WZ相.
經光催化性能測試,
這種新型四足狀CZS表現出優異的光催化產氫性能.
進一步通過超聲或研磨破壞四足狀結構后,
發現CZS的產氫性能顯著下降,
說明四足狀形貌是材料性能提高的關鍵.
通過分析WZ和ZB兩物相的價帶頂和導帶底的電位發現,
ZB/WZ間形成的同質結可以加速光生載流子的分離和傳輸.
NP也采用水熱法制備,
其具有珊瑚狀形貌.
該形貌具有高的比表面積,
可以提供更多的活性位點,
進一步提高了材料的光催化性能.
光催化性能測試表明,
NP負載量為12 wt%的NPCZS-12樣品表現出很好的產氫性能(l.88
mmol h-1),
是純CZS的1.43倍.
同時,
NPCZS-12具有良好的光穩定性和循環使用性能.
結合光催化實驗、光譜實驗、表面光電壓和電化學測試的結果發現,
四足狀形貌、同質結和NP助催化劑的協同效應是NPCZS具有良好光催化性能的主要原因.