Synergistically Modulating Geometry and Electronic Structures of a Chalcogenide Photocatalyst via an Ion-Exchange Strategy

硫系化合物 半导体 光催化 材料科学 成核 制作 离子交换 兴奋剂 异质结 离子 光电子学 纳米技术 合理设计 化学 催化作用 医学 替代医学 有机化学 病理 生物化学
作者
Yuemei Li,Xiaodong Wan,You Li,Erhuan Zhang,Rongrong Pan,Shuping Zhang,Xiuming Zhang,Shan Liu,Jia Liu,Jiatao Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (4): 969-976 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c04232
摘要

Maneuvering the architecture and composition of semiconductors is essential to optimizing their performance in photocatalytic solar-to-fuel conversion. Here, we show that ion exchange, having a disparate mechanism with direct nucleation and growth of semiconductor crystals, can provide a new platform for rational control over the geometry and electronic structures of chalcogenide semiconductor photocatalysts. As a demonstration, the ZnSe nanocubes possessing a hollowed architecture and doped with a controllable amount of Ag+ ions are accessed via sequential ion exchange. The kinetics of the exchange reaction offers a knob for regulating the electronic structures of the Ag-doped ZnSe hollow cubes and, hence, their functions in light harvesting and photogenerated charge separation. Such synergistically geometric and optoelectronic modulation of ZnSe brings an order of magnitude enhancement in photocatalytic H2 evolution activity relative to commercial ZnSe powders. Our study corroborates that ion exchange may open up new horizons for judicious fabrication and engineering of semiconductor-based photocatalyst materials.

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