Interfacial engineering of Ti3C2 MXene/CdIn2S4 Schottky heterojunctions for boosting visible-light H2 evolution and Cr(VI) reduction

异质结 材料科学 载流子 光催化 肖特基势垒 可见光谱 化学工程 光电子学 纳米技术 化学 工程类 催化作用 生物化学 二极管
作者
Chao Liu,Wen Xiao,Guiyun Yu,Qiang Wang,Jiawei Hu,Chenghao Xu,Xinyi Du,Jianguang Xu,Qinfang Zhang,Zhigang Zou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:640: 851-863 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.02.137
摘要

Developing efficient heterojunction photocatalysts that have a high charge carrier separation rate and improved light-harvesting capacity is a crucial step in solving energy crisis and reducing environmental pollution. Herein, we synthesized few-layered Ti3C2 MXene sheets (MXs) by a manual shaking process, and combined with CdIn2S4 (CIS) to construct novel Ti3C2 MXene/CdIn2S4 (MXCIS) Schottky heterojunction through a solvothermal method. The strong interface between two-dimensional (2D) Ti3C2 MXene and 2D CIS nanoplates led to enhanced light-harvesting capacity and promoted charge separation rate. Additionally, the presence of S vacancies on the MXCIS surface helped to trap free electrons. The optimal sample, 5-MXCIS (with 5 wt% MXs loading), exhibited outstanding performance for photocatalytic hydrogen (H2) evolution and Cr(VI) reduction under visible light due to the synergistic effect of enhanced light-harvesting capacity and charge separation rate. The charge transfer kinetics was thoroughly studied using multiple techniques. The reactive species of •O2-, •OH and h+ were generated in 5-MXCIS system, and e- and •O2- radicals were found to be the main contributors to Cr(VI) photoreduction. Based on the characterization results, a possible photocatalytic mechanism for H2 evolution and Cr(VI) reduction was proposed. On the whole, this work provides new insights into the design of 2D/2D MXene-based Schottky heterojunction photocatalysts for boosting photocatalytic efficiency.
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