Covalency dominating Z-scheme perylene-dicarboximide@ZnIn2S4 organic-inorganic hybrids for overall water splitting

光激发 异质结 纳米棒 共价键 电子转移 分解水 化学工程 化学 材料科学 纳米技术 光化学 光电子学 有机化学 物理 光催化 工程类 催化作用 激发态 核物理学 分子
作者
Gancheng Zuo,Wuyang Chen,Zhizhen Yin,Sisi Ma,Yuting Wang,Qiuyi Ji,Qiming Xian,Shaogui Yang,Huan He
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:456: 141096-141096 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.141096
摘要

Exploring covalent coupling organic-inorganic hybrids (OIHs) is of great significance for improving photocatalysis. Herein, ZnIn2S4 nanosheets are anchored at the surface of high crystalline perylene-dicarboximide (HC-PDI) nanorods, generating Z-scheme HC-PDI@ZnIn2S4 (HPZ) OIHs for efficient overall water splitting (OWS). The unique hierarchical branching heterostructure of HPZ nanohybrids improve the specific surface area, pore diameter, pore volume, and visible-light-harvesting ability, which provides the basis for photocatalytic reaction. The strong covalent connection between HC-PDI and ZnIn2S4 provides a fast channel for charge transfer. Simulated calculation and in-situ analysis collectively prove that the unique electron transfers of hybridization and photoexcitation bring about (−)HC-PDI@(+)ZnIn2S4 internal interfacial electric field and Z-scheme heterojunction, respectively, further resulting in the transfer of water oxidation in ZnIn2S4 and the high-efficiency separation of photoexcited charges in the system. The optimized HPZ nanohybrid exhibit boosted visible-light-driven OWS activity (275.4 μmol g−1 h−1 for H2 evolution and 138.4 μmol g−1 h−1 for O2 evolution) and remarkable stability (40 h). This covalency dominating OIHs approach advances the exploration of OWS photocatalysts.
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