Re-usable Cd0.9Zn0.1S-ZnO@C/PVDF piezo-photocatalytic film with exceptional hydrogen evolution capability triggered by the synergetic advantages of piezoelectricity and S-Scheme heterojunction

光催化 压电 异质结 材料科学 压电系数 聚偏氟乙烯 可见光谱 纳米发生器 纳米技术 复合材料 化学工程 光电子学 工程类 化学 聚合物 有机化学 催化作用
作者
Ping Su,Dong Zhang,Minghui Zhu,Tengteng Liang,Nan Yang,Huaihao Zhao,Dafeng Zhang,Junchang Liu,Peiqing Cai,Xipeng Pu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:96: 164-176 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.04.027
摘要

Piezoelectric materials have advantages of fine-tuning photocatalytic performance through harvesting mechanical energy and open a new avenue in facilitating green catalytic reaction. Herein, polyvinylidene fluoride (PVDF), a flexible piezoelectric material, was introduced to synthesize a novel Cd0.9Zn0.1S-ZnO@C/PVDF (CZS-ZO@C/PVDF) piezo-photocatalytic film by spin coating and immersion phase conversion method. Benefiting from the piezoelectricity of PVDF and the internal electric field (IEF) of CZS-ZO@C Step-scheme (S-Scheme) heterojunction, CZS-ZO@C/PVDF was able to induce a hydrogen generation rate of 34.9 mmol g−1 h−1 activated by ultrasound and visible light (U-L), which is ∼17.5 times of Cd0.9Zn0.1S/PVDF (CZS/PVDF) and ∼7.4 times of the photocatalysis rate activated by visible light only (L). Piezoelectric measurements and COMSOL simulation illustrated the excellent piezoelectricity of CZS-ZO@C/PVDF film, which exhibits a piezoelectric coefficient (d33) of 9.9 pm V−1 and a piezoelectric potential of 874 mV (under 0.5 MPa). The reaction mechanism for the exceptional piezo-photocatalytic performance was finally disclosed through density functional theory (DFT) calculation and electrochemical tests. This study enriches the application scope of piezoelectric materials in sustainable energy catalysis and provides a new direction to develop efficient piezoelectric photocatalysts.
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