Rapid Charge Transfer Endowed by Interfacial Ni‐O Bonding in S‐scheme Heterojunction for Efficient Photocatalytic H2 and Imine Production

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作者
Bowen He,Peng Xiao,Sijie Wan,Jianjun Zhang,Tao Chen,Liuyang Zhang,Jiaguo Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (50) 被引量:120
标识
DOI:10.1002/anie.202313172
摘要

Cooperative coupling of H2 evolution with oxidative organic synthesis is promising in avoiding the use of sacrificial agents and producing hydrogen energy with value-added chemicals simultaneously. Nonetheless, the photocatalytic activity is obstructed by sluggish electron-hole separation and limited redox potentials. Herein, Ni-doped Zn0.2 Cd0.8 S quantum dots are chosen after screening by DFT simulation to couple with TiO2 microspheres, forming a step-scheme heterojunction. The Ni-doped configuration tunes the highly active S site for augmented H2 evolution, and the interfacial Ni-O bonds provide fast channels at the atomic level to lower the energy barrier for charge transfer. Also, DFT calculations reveal an enhanced built-in electric field in the heterojunction for superior charge migration and separation. Kinetic analysis by femtosecond transient absorption spectra demonstrates that expedited charge migration with electrons first transfer to Ni2+ and then to S sites. Therefore, the designed catalyst delivers drastically elevated H2 yield (4.55 mmol g-1 h-1 ) and N-benzylidenebenzylamine production rate (3.35 mmol g-1 h-1 ). This work provides atomic-scale insights into the coordinated modulation of active sites and built-in electric fields in step-scheme heterojunction for ameliorative photocatalytic performance.
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