S-scheme CoTiO3/Cd9.51Zn0.49S10 heterostructures for visible-light driven photocatalytic CO2 reduction

光催化 异质结 材料科学 可见光谱 氧化还原 吸收(声学) 载流子 光化学 光电子学 化学 催化作用 复合材料 生物化学 冶金
作者
Bo Su,Haowei Huang,Zhengxin Ding,Maarten B. J. Roeffaers,Sibo Wang,Jinlin Long
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:124: 164-170 被引量:143
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.01.030
摘要

• Hierarchial CoTiO 3 /Cd 9.51 Zn 0.49 S 10 heterostructures were fabricated by growing Cd 9.51 Zn 0.49 S 10 nanowires on CoTiO 3 microprism in situ via a hydrothermal method. • The transfer path of photogenerated charge carriers in CoTiO 3 /Cd 9.51 Zn 0.49 S 10 heterostructure follows a S-scheme mechanism. • The CoTiO 3 /Cd 9.51 Zn 0.49 S 10 hybrids manifest high activity and good stability for photocatalytic CO 2 reduction, achieving an AQE of 7.27% at 420 nm. Cd 1− x Zn x S solid solutions with strong light absorption are promising materials for solar-driven CO 2 reduction; however, their relatively weak redox ability and intrinsic photo-corrosion limit their further development as a photocatalyst. The addition of a second photocatalyst with a suitable band structure to construct a S-scheme photocatalytic system can solve both problems simultaneously. Here, we report a S-scheme photocatalyst based on the heterostructure of CoTiO 3 /Cd 9.51 Zn 0.49 S 10 (abbreviated as CoTiO 3 /CdZnS) that enables the efficient photocatalytic reduction of CO 2 . Detailed physicochemical characterization resolves the S-scheme charge transfer mechanism in this composite photocatalyst. With the well-designed structure of particles and desirable band offsets, this hybrid system offers visible light absorption in a broad spectral region, large surface area, strong redox ability, and fast carrier separation and transportation. Under visible-light illumination, the CoTiO 3 /CdZnS hybrid system displays a CO formation rate of about 11 mmol h −1 g −1 combined with a long-term operational stability. Besides, a high apparent quantum efficiency (AQE) of 7.27% is realized for the CO 2 -to-CO reduction reaction by the optimized CoTiO 3 /CdZnS hybrid under 420 nm monochromatic light irradiation.
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