Light-to-Hydrogen Improvement Based on Three-Factored Au@CeO2/Gr Hierarchical Photocatalysts

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作者
Dung Van Dao,Hyuk Choi,Thuy T.D. Nguyen,Sang-Woo Ki,Gyu-Cheol Kim,Hoki Son,Jin‐Kyu Yang,Yeon-Tae Yu,Hyun You Kim,In‐Hwan Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 7848-7860 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c00509
摘要

Recently, various attempts have been made for light-to-fuels conversion, often with limited performance. Herein we report active and lasting three-factored hierarchical photocatalysts consisting of plasmon Au, ceria semiconductor, and graphene conductor for hydrogen production. The Au@CeO2/Gr2.0 entity (graphene outer shell thickness of 2.0 nm) under visible-light irradiation exhibits a colossal achievement (8.0 μmol mgcat-1 h-1), which is 2.2- and 14.3-fold higher than those of binary Au@CeO2 and free-standing CeO2 species, outperforming the currently available catalysts. Yet, it delivers a high maximum quantum yield efficiency of 38.4% at an incident wavelength of 560 nm. These improvements are unambiguously attributed to three indispensable effects: (1) the plasmon resonant energy is light-excited and transferred to produce hot electrons localizing near the surface of Au@CeO2, where (2) the high-surface-area Gr conductive shell will capture them to direct hydrogen evolution reactions, and (3) the active graphene hybridized on the defect-rich surface of Au@CeO2 favorably adsorbs hydrogen atoms, which all bring up thorough insight into the working of a ternary Au@CeO2/Gr catalyst system in terms of light-to-hydrogen conversion.

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