Cocatalyst Engineering with Robust Tunable Carbon‐Encapsulated Mo‐Rich Mo/Mo2C Heterostructure Nanoparticle for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

材料科学 光催化 异质结 纳米颗粒 制氢 贵金属 碳纤维 化学工程 纳米技术 分解水 金属 光电子学 催化作用 复合数 复合材料 有机化学 化学 冶金 工程类
作者
Zhi Yang,Meng Li,Sibo Chen,Siyuan Yang,Feng Peng,Ji-Hai Liao,Yueping Fang,Shanqing Zhang,Shengsen Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (14) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adfm.202212746
摘要

Abstract Cocatalyst engineering with non‐noble metal nanomaterials can play a vital role in low‐cost, sustainable, and large‐scale photocatalytic hydrogen production. This research adopts slow carburization and simultaneous hydrocarbon reduction to synthesize carbon‐encapsulated Mo/Mo 2 C heterostructure nanoparticles, namely Mo/Mo 2 C@C cocatalyst. Experimental and theoretical investigations indicate that the Mo/Mo 2 C@C cocatalysts have a nearly ideal hydrogen‐adsorption free energy (Δ G H* ), which results in the accelerated HER kinetics. As such, the cocatalysts are immobilized onto organic polymer semiconductor g‐C 3 N 4 and inorganic semiconductor CdS, resulting in Mo/Mo 2 C@C/g‐C 3 N 4 and Mo/Mo 2 C@C/CdS catalysts, respectively. In photocatalytic hydrogen evolution application under visible light, the Mo/Mo 2 C@C with g‐C 3 N 4 and CdS can form the Schottky junctions via appropriate band alignment, greatly suppressing the recombination of photoinduced electron‐hole pairs. The surface carbon layer as the conducting scaffolds and Mo metal facilitates electron transfer and electron‐hole separation, favoring structural stability and offering more reaction sites and interfaces as electron mediators. As a result, these catalysts exhibit high H 2 production rates of 2.7 mmol h −1 g −1 in basic solution and 98.2 mmol h −1 g −1 in acidic solution, respectively, which is significantly higher than that of the bench‐mark Pt‐containing catalyst. The proposed cocatalyst engineering approach is promising in developing efficient non‐noble metal cocatalysts for rapid hydrogen production.
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