Amorphizing MnIn2S4 Atomic Layers Create an Asymmetrical InO1S5 Polarization Plane for Photocatalytic Ammonia Synthesis and CO2 Reduction

无定形固体 材料科学 垂直的 极化(电化学) 光催化 晶体结构 光电子学 分子物理学 化学物理 纳米技术 结晶学 物理化学 催化作用 化学 生物化学 几何学 数学
作者
Huimin Liang,Caichao Ye,Jun Xiong,Gazi Hao,Jian Lei,Wenjun Bai,Kan Zhang,Wei Jiang,Jun Di
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (32): 21585-21592 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c08652
摘要

Building a polarization center is an effective avenue to boost charge separation and molecular activation in photocatalysis. However, a limited number of polarization centers are usually created. Here, a polarization plane based on two-dimensional (2D) atomic layers is designed to maximize the surface polarization centers. The Mn in a 2D crystal lattice is etched from the MnIn2S4 atomic layers to build a consecutive symmetry-breaking structure of isolated InO1S5 sites. More charges aggregate around O, making the isolated InO1S5 sites highly polarized. Due to the formation of the InO1S5 polarization plane, an enormous polarized electric field is formed perpendicular to the 2D atomic layers and the carrier lifetime can be prolonged from 93.2 ps in MnIn2S4 to 1130 ps in amorphous MnxIn2Sy. Meantime, the formed large charge density gradient favors coupling and activation of small molecules. Benefiting from these features, a good NH3 photosynthesis performance (515.8 μmol g–1 h–1) can be realized over amorphous MnxIn2Sy, roughly 2.5 and 48.9 times higher than those of MnIn2S4 atomic layers and bulk MnIn2S4, respectively. The apparent quantum yields reach 5.4 and 3.3% at 380 and 400 nm, respectively. Meanwhile, a greatly improved CO2 reduction activity is also achieved over MnxIn2Sy. This strategy provides an accessible pathway for designing an asymmetrical polarization plane to motivate photocatalysis optimization.
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