In-situ photochemical fabrication of transition metal-promoted amorphous molybdenum sulfide catalysts for enhanced photosensitized hydrogen evolution

催化作用 过渡金属 光催化 猝灭(荧光) 硫化物 光化学 三乙醇胺 无定形固体 化学 无机化学 材料科学 有机化学 荧光 分析化学(期刊) 物理 量子力学
作者
Jianhua Hou,Yonggang Lei,Fang Wang,Xiaohua Ma,Shixiong Min,Zhiliang Jin,Jing Xu
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:42 (16): 11118-11129 被引量:41
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2017.01.235
摘要

Amorphous molybdenum sulfide catalysts (MoSx) can efficiently catalyze the H2 evolution reaction (HER); however, their catalytic activities are still limited that need to be improved. Herein, transition metal-promoted MoSx H2 evolution catalysts were facilely fabricated through an in-situ photochemical reduction with inexpensive organic dye as photosensitizers. Under visible light (λ ≥ 420 nm), the promotional effect of transition metals on the H2 evolution over MoSx follows the order of Co > Fe ≈ Ni > unpromoted > Cu > Zn in Erythrosin B-triethanolamine (ErB-TEOA) system. The most active Co-promoted MoSx (Co-MoSx) catalyst is amorphous and composed of inter-connected nanoparticles with diameters of 30–50 nm. The Co-MoSx catalyst contains both CoMoS phase and Co oxides/hydroxides. At the optimal reaction conditions, the Co-MoSx catalyst with Co:Mo ratio of 4:6 exhibits enhanced H2 evolution activity by 2 times as compared to unpromoted MoSx and turnover numbers (TONs) of 30 and 60 based on ErB and catalyst used, respectively. The Co-MoSx catalyst also shows a long-term stability without noticeable activity degradation. The formation pathways of Co-MoSx catalyst and the photocatalytic mechanism for enhanced H2 evolution performance were studied and a two-step reaction mechanism involved an oxidative quenching pathway of dye was proposed. This study demonstrates that in-situ concurrent photochemical fabrication with transition metal modification of amorphous MoSx catalyst is an effective strategy for development of MoSx-based HER catalysts with enhanced performances.

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