Vacancy engineering mediated hollow structured ZnO/ZnS S-scheme heterojunction for highly efficient photocatalytic H2 production

异质结 光催化 空位缺陷 材料科学 化学工程 方案(数学) 光电子学 纳米技术 化学 催化作用 结晶学 工程类 数学 数学分析 生物化学
作者
Fangxuan Liu,Bin Sun,Ziyan Liu,Yingqin Wei,Tingting Gao,Guowei Zhou
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:64: 152-165 被引量:18
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(24)60099-9
摘要

Designing a step-scheme (S-scheme) heterojunction photocatalyst with vacancy engineering is a reliable approach to achieve highly efficient photocatalytic H2 production activity. Herein, a hollow ZnO/ZnS S-scheme heterojunction with O and Zn vacancies (VO, Zn-ZnO/ZnS) is rationally constructed via ion-exchange and calcination treatments. In such a photocatalytic system, the hollow structure combined with the introduction of dual vacancies endows the adequate light absorption. Moreover, the O and Zn vacancies serve as the trapping sites for photo-induced electrons and holes, respectively, which are beneficial for promoting the photo-induced carrier separation. Meanwhile, the S-scheme charge transfer mechanism can not only improve the separation and transfer efficiencies of photo-induced carrier but also retain the strong redox capacity. As expected, the optimized VO, Zn-ZnO/ZnS heterojunction exhibits a superior photocatalytic H2 production rate of 160.91 mmol g–1 h–1, approximately 643.6 times and 214.5 times with respect to that obtained on pure ZnO and ZnS, respectively. Simultaneously, the experimental results and density functional theory calculations disclose that the photo-induced carrier transfer pathway follows the S‐scheme heterojunction mechanism and the introduction of O and Zn vacancies reduces the surface reaction barrier. This work provides an innovative strategy of vacancy engineering in S-scheme heterojunction for solar‐to‐fuel energy conversion.
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