A triple-benefit strategy of microstructure, electronic property and active site modulation on ZnIn2S4 photocatalyst by Sn atom doping

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作者
Zhongtian Zeng,Liang Mao,Rui Zhang,Yanan Liu,Yihan Ling,Xiaoyan Cai,Junying Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:496: 153769-153769 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153769
摘要

To overcome the high cost and complex preparation of cocatalysts in photocatalytic H₂ production, this study pioneers a triple-benefit strategy in visible-light-absorbing semiconductors through microstructure optimization, electronic property modulation, and active site modification in two-dimensional (2D) hexagonal ZnIn₂S₄ (ZIS) via Sn atom doping. Facilely synthesized through a one-step hydrothermal method without surfactants, 4–6 nm thick Sn-doped ZIS nanosheets exhibit reduced charge recombination by preventing excessive self-assembly and aggregation. Density Functional Theory (DFT) and X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) confirm Sn's substitution for Zn on (0 0 1) surface, shifting the Fermi level into the conduction band to facilitate electron migration and charge separation. This adjustment also modulates the electronic properties of adjacent S atoms, triggering the inert basal plane for an enhanced H₂ evolution reaction kinetics. Consequently, Sn-ZIS achieves a H₂ evolution rate of 62.18 μmol h−1 under visible light, significantly outperforming pure ZIS and Pt@ZIS by 6.7 and 3.5 times, respectively.
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