3D hollow MXene@ZnIn2S4 heterojunction with rich zinc vacancies for highly efficient visible-light photocatalytic reduction

异质结 材料科学 光催化 光致发光 可见光谱 化学工程 光电子学 催化作用 化学 冶金 生物化学 工程类
作者
Tingting Ren,Huoshuai Huang,Najun Li,Dongyun Chen,Qingfeng Xu,Hua Li,Jinghui He,Jianmei Lu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:598: 398-408 被引量:62
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.04.027
摘要

Well-designed heterojunction semicounductor coupled with high-conductive cocatalyst can obtain boosted photocatalytic activity. Herein, a novel three-dimensional (3D) hollow heterojunction was prepared by coating the indium zinc sulfide (ZnIn2S4) nanosheets with rich-zinc vacancies (VZn) on 3D hollow titanium carbide (Ti3C2). The obtained 3D hollow heterojunction (Ti3C2@ZnIn2S4) achieved effective optical collection and promoted the separation and transmission of photogenerated carriers as well as the surface reaction of spatial separation. In addition, time-resolved photoluminescence and steady-state photoluminescence spectra indicated that the existence of VZn and the introduction of hollow Ti3C2 spherical shell effectively inhibited the recombination of photogenerated carriers and accelerated their separation and transmission, thus further enhancing the photocatalytic activity. In addition, the introduction of 3D hollow Ti3C2 benefited a larger specific surface area for heavy metal adsorption. Due to the unique structural and compositional characteristics, the heterojunction showed high efficiency of Cr(VI) reduction under visible light. In particular, the optimal Ti3C2@ZnIn2S4 heterojunction (1%-Ti3C2@ZnIn2S4) achieved 100% removal of Cr(VI) within 25 min, with a reaction rate constant of 0.225, which was 8.5 times higher than that of the pristine ZnIn2S4. The superior reusability and structural stability further indicated the MXene-based novel photocatalyst is promising for application in environmental remediation.
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