Boosting Photocatalytic Hydrogen Evolution by a Light Coupling and Charge Carrier Confinement Strategy

材料科学 Boosting(机器学习) 光催化 载流子 电荷(物理) 联轴节(管道) 光电子学 化学物理 纳米技术 量子力学 物理 催化作用 复合材料 生物化学 化学 机器学习 计算机科学
作者
Yixue Xu,Fan Qiu,Shunqi Xu,Shifan Zhu,Yeheng Zhang,Haohao Liu,Pengfei Zong,Liu Ma,Kunquan Hong,Yuqiao Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202417553
摘要

Abstract High‐performance photocatalysis requires efficient light absorption and low charge carrier recombination rates. Herein, a light coupling and charge carrier confinement strategy is demonstrated to simultaneously enhance the light absorption efficiency and suppress the charge carrier recombination for high‐performance photocatalysis. The strategy is achieved by the delicate incorporation of catalysts into a dual‐core‐shell structure (e.g., CdS@SiO 2 @NaYF 4 :Yb/Tm), in which CdS (catalyst), SiO 2 , and NaYF 4 :Yb/Tm serve as shell, outer core, and inner core, respectively. Interestingly, the absorbed light can be confined within the CdS layer through multiple reflections between the CdS and SiO 2 interfaces, achieving light confinement. This confinement endows a longer light residence time, enhanced light reabsorption and reutilization efficacy, and a higher concentration of photogenerated charge carriers per unit of time. Moreover, the insulating SiO 2 can confine the photogenerated charge carriers within CdS layer, thus shortening their diffusion length for reduced recombination rates. Notably, when employed as the photocatalyst, this dual‐core‐shell structure showed a superb photocatalytic hydrogen evolution rate up to 74.67 mmol g −1 h −1 , which is 11 times higher than that of pristine CdS. This work provides a new strategy for the design and synthesis of high‐performance photocatalysts.
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