Ag-Regulated Interfacial Electron Transfer between TiO2 and MoSx for Enhanced H2O2 Production

反键分子轨道 电子转移 吸附 光催化 材料科学 电子 催化作用 光化学 化学工程 化学 物理化学 原子轨道 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Xidong Zhang,Jiachao Xu,Haoyu Long,Jiaguo Yu,Huogen Yu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (24): 18669-18678 被引量:51
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05674
摘要

The electronic configuration mismatch between the TiO2 support and the MoSx cocatalyst induces spontaneous free-electron transfer in an unfavorable direction, resulting in stronger O2 adsorption on Mo active sites and causing limited H2O2 production. Herein, we propose a strategy for directional free-electron transfer to produce electron-enriched Mo(4 – δ)+ sites via introducing an Ag mediator into the TiO2/MoSx photocatalyst, which aims to weaken O2 adsorption for improving H2O2 production activity. To achieve this, a core–shell Ag@MoSx cocatalyst was ingeniously constructed on the TiO2 surface to synthesize the TiO2/Ag@MoSx photocatalyst. The resultant TiO2/Ag@MoSx achieves a significantly enhanced H2O2 production rate of 16.13 mmol g–1 h–1 with an AQY value of 8.79%, surpassing TiO2/Ag and TiO2/MoSx by 10.0 and 237.2 times, respectively. Theoretical calculations and experimental results reveal that the incorporation of the Ag mediator into the TiO2/Ag@MoSx system can facilitate directional free-electron transfer to the MoSx cocatalyst. This causes the creation of electron-enriched Mo(4 – δ)+ sites and an increase in the antibonding-orbital occupancy of Mo–Oads, ultimately weakening the Mo–Oads bond and enabling high activity in H2O2 production. This study provides valuable insights into optimizing reactant adsorption for efficient artificial photosynthesis.
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