Activating surface sulfur atoms via subsurface engineering toward boosted photocatalytic water splitting

掺杂剂 光催化 分解水 材料科学 空位缺陷 吸附 光电流 化学物理 光电子学 纳米技术 兴奋剂 化学工程 化学 物理化学 结晶学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Xiaowei Shi,Xin Wang,Huiqian Jiang,Xuetao Qin,Xiaohui Li,Guan Sheng,Can Yu,Lirong Zheng,Chongzhi Zhu,Lingxia Zheng,Liang Mao,Ding Ma,Yihan Zhu,Huajun Zheng
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:3 (8): 100695-100695 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.checat.2023.100695
摘要

The performance of photocatalysts is affected not only by the surface structure but also by the atomic arrangement of the subsurface. Guided by first-principle simulation, Pt(Pd) single atoms are introduced into hexagonal ZnIn2S4 to substitute the middle In site, and dual S vacancies in the vicinity of the dopant are subsequently created. This unique subsurface dopant-vacancy pair brings a new defect level and higher hole concentration, resulting in enhanced charge separation efficiency and superior electronic conductivity. More importantly, it could also modulate the p-band center of neighboring surface S atoms, thus optimizing the balance between H adsorption and desorption. As a consequence, the subsurface-engineered ZnIn2S4 delivers an H2 evolution rate of 165.4 μmol h−1 under visible-light irradiation, and a great number of H2 bubbles are released under natural solar light. This work provides a new perspective on the development of solar-to-H2 conversion through artful subsurface engineering.

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