Probing the role of nickel dopant in aqueous colloidal ZnS nanocrystals for efficient solar-driven CO2 reduction

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作者
Hong Pang,Xianguang Meng,Hui Song,Wei Zhou,Gaoliang Yang,Hongwei Zhang,Yasuo Izumi,Toshiaki Takei,Wipakorn Jewasuwan,Naoki Fukata,Jinhua Ye
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:244: 1013-1020 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2018.12.010
摘要

Photocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) on a heterogeneous catalyst offers the possibility for CO2 abatement and emerges as a promising avenue for renewable carbonaceous fuels production at ambient temperature and pressure using solar light as the sole energy input. Here, we report a newly aqueous colloidal comprised of monodispersed Ni-doped ZnS (ZnS:Ni) nanocrystals as excellent visible-light-responsive photocatalysts for CO2RR into formate. The wavelength-dependent quantum yield shows a significant contribution of Ni doping for visible light activity. A high selectivity (>95%) of HCOOH production and remarkable quantum efficiency of 59.1% at 340 nm and 5.6% at 420 nm are obtained over ZnS:Ni (0.1%) colloidal nanocrystals modified by Cd2+. The proper balance between sulfur vacancies and extended visible light absorption of the constructed colloidal ZnS:Ni nanocrystals contributes to the prominent performance for CO2RR. However, excessive doping of Ni does not guarantee an increase of photocatalytic CO2RR due to a diminish of sulfur vacancies. The regulation of sulfur vacancies by Ni doping and their interplay on photocatalytic CO2RR activity are presented and discussed. This work provides an in-depth insight of the role of dopant on vacancy modulation in photocatalyst beyond light absorption and a guidance for design of the potential photocatalyst for CO2RR.
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