Sustainable photocatalytic cascaded reaction for H2 evolution over Co decorated ultrathin Cd0.5Zn0.5S nanosheets: Surface kinetics in aqueous NaOH and methanol

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作者
Wenhua Xue,Jingzhuo Tian,Xiaoyun Hu,Jun Fan,Tao Sun,Enzhou Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:443: 136427-136427 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136427
摘要

In photocatalysis, researchers mainly focus on the physical processes of light absorption and charge recombination, however, the surface chemical reaction process has been largely overlooked. Herein, a cascaded reaction strategy was employed to strengthen the surface reaction of water splitting over Co decorated ultrathin Cd0.5Zn0.5S nanosheets (Co/Cd0.5Zn0.5S), in which OH− from NaOH can be oxidized to OH by the holes of Cd0.5Zn0.5S, then it can be consumed by OH scavengers. Methanol (MeOH) was employed as a model scavenger to investigate surface redox kinetics of the system. The investigations show that OH− can reduce the apparent activation energy of MeOH photo-reforming by changing its oxidation pathway from a slow direct adsorption-oxidation path to a quick OH-mediated indirect path. The apparent MeOH decomposition kinetic via the direct path fits Langmuir-Hinshelwood model with a rate constant of 0.117 ± 0.007 mmol·h−1 at 30 °C. Whereas it is converted to zero-order reaction with rate constant of 0.734 ± 0.027 mmol·h−1 at 30 °C in the presence of OH−, where MeOH decomposition efficiency largely depends on the OH− adsorption and diffusion processes. The greatly enhanced surface charge extraction by OH− endows Co/Cd0.5Zn0.5S excellent anti-photocorrosion ability and highest activity of 178.4 ± 5.9 mmol‧g−1‧h−1, making a sustainable photocatalytic H2 evolution process. This work sheds light on rational design of reaction to achieve efficient photocatalytic H2 evolution.
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