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

异质结 光催化 亚胺 电荷(物理) 材料科学 化学工程 光化学 催化作用 光电子学 化学 物理 有机化学 工程类 量子力学
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:51
标识
DOI:10.1002/anie.202313172
摘要

Abstract Cooperative coupling of H 2 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 Zn 0.2 Cd 0.8 S quantum dots are chosen after screening by DFT simulation to couple with TiO 2 microspheres, forming a step‐scheme heterojunction. The Ni‐doped configuration tunes the highly active S site for augmented H 2 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 Ni 2+ and then to S sites. Therefore, the designed catalyst delivers drastically elevated H 2 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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