Oxysulfide photocatalyst for visible-light-driven overall water splitting

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作者
Qian Wang,Mamiko Nakabayashi,Takashi Hisatomi,Song Sun,Seiji Akiyama,Zheng Wang,Zhenhua Pan,Xiong Xiao,Tomoaki Watanabe,Taro Yamada,Naoya Shibata,Tsuyoshi Takata,Kazunari Domen
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (8): 827-832 被引量:606
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0399-z
摘要

Oxysulfide semiconductors have narrow bandgaps suitable for water splitting under visible-light irradiation, because the electronegative sulfide ions negatively shift the valence band edges of the corresponding oxides1,2. However, the instability of sulfide ions during the water oxidation is a critical obstacle to simultaneous evolution of hydrogen and oxygen3. Here, we demonstrate the activation and stabilization of Y2Ti2O5S2, with a bandgap of 1.9 eV, as a photocatalyst for overall water splitting. On loading of IrO2 and Rh/Cr2O3 as oxygen and hydrogen evolution co-catalysts, respectively, and fine-tuning of the reaction conditions, simultaneous production of stoichiometric amounts of hydrogen and oxygen was achieved on Y2Ti2O5S2 during a 20 h reaction. The discovery of the overall water splitting capabilities of Y2Ti2O5S2 extends the range of promising materials for solar hydrogen production. The instability of sulfide ions during water oxidation prevents simultaneous evolution of hydrogen and oxygen. An oxysulfide semiconductor photocatalyst, Y2Ti2O5S2, is shown to evolve H2 and O2 via a water-splitting reaction under visible-light irradiation.
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