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Energy-band-controlled ZnxCd1−xIn2S4 solid solution coupled with g-C3N4 nanosheets as 2D/2D heterostructure toward efficient photocatalytic H2 evolution

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作者
Yajun Zou,Jian‐Wen Shi,Lvwei Sun,Dandan Ma,Siman Mao,Yixuan Lv,Yonghong Cheng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:378: 122192-122192 被引量:96
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.122192
摘要

As a sustainable technology, semiconductor photocatalysis has attracted considerable interest in the past decades owing to its potential to relieve energy and environmental issues. By virtue of their unique structural and electronic properties, emerging ultrathin 2D materials show enormous potential to achieve efficient photocatalytic performance. Herein, we report the fabrication of 2D/2D ZnxCd1−xIn2S4/g-C3N4 heterostructure via a facile hydrothermal method for visible-light-driven photocatalytic H2 evolution. By tailoring the energy band structure of the ZnxCd1−xIn2S4 solid solutions, the position of conduction band can be largely elevated and thus achieve a strong photoreduction capability. A further construction of 2D/2D ZnxCd1−xIn2S4/g-C3N4 heterojunction can reduce charge transfer distance from inner part to surface and create abundant interfacial charge transfer pathways, resulting in significantly boosted migration and separation efficiency of photogenerated charge carriers. Consequently, this energy band engineering effect combined with the advantages of the unique 2D/2D architecture endows the ZnxCd1−xIn2S4/g-C3N4 heterojunction with a remarkable H2 evolution rate of 170.3 μmol h−1 under visible-light irradiation (λ > 420 nm) in the absence of co-catalyst, which is nearly 4.5 and 567.7 times that of Zn1/2Cd1/2In2S4 (37.8 μmol h−1) and pure g-C3N4 (0.3 μmol h−1), respectively. Furthermore, the apparent quantum yield (AQY) and the solar-to-hydrogen (STH) energy conversion efficiency over Zn1/2Cd1/2In2S4/CN are 8.5% and 2.6%, respectively. This study sheds light on the potential of integrating the two strategies of energy band modulation and 2D/2D heterojunction into designing semiconductor photocatalysts for highly efficient solar-to-energy conversion applications.

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