Constructing CdS/Cd/doped TiO2 Z-scheme type visible light photocatalyst for H2 production

光催化 材料科学 硫脲 可见光谱 异质结 兴奋剂 带隙 纳米颗粒 热液循环 分解 半导体 纳米技术 化学工程 催化作用 光电子学 化学 有机化学 工程类
作者
Zhao Zhao,Yanbo Xing,Haibo Li,Pingyun Feng,Zaicheng Sun
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Nature]
卷期号:61 (6): 851-860 被引量:39
标识
DOI:10.1007/s40843-017-9170-6
摘要

Constructing Z-scheme type photocatalyst is an efficient way to improve the charge separation efficiency and enhance the photocatalytic activity. In this report, the Cd:TiO2 nanoparticles are prepared via the sol-gel route and employed as a starting material. When it was reduced by NaBH4 at 300°C, the surface oxygen vacancies were produced and Cd2+ was reduced into metal Cd0 nanoparticle (denoted as R-Cd:TiO2). Subsequently, the formed R-Cd:TiO2 was treated with thioureain the hydrothermal reaction. Through the decomposition of thiourea, the oxygen vacancies were refilled by S2− from thiourea to form S:TiO2/TiO2 (d-TiO2) and Cd was partially converted into CdS to form CdS/Cd/d-TiO2 composite. The formed CdS/Cd/d-TiO2 composite exhibits improved photocatalytic activity. Under visible light irradiation (λ>400 nm), the H2 production rate of CdS/Cd/d-TiO2 reaches 119 μmol h−1 with 50 mg of photocatalyst without any cocatalyst, which is about 200 and 60 times higher than that of S:TiO2/TiO2 (0.57 μmol h−1), CdS (2.03 μmol h−1) and heterojunction CdS/d-TiO2 (2.17 μmol h-1) materials, respectively. The results illustrate that metal Cd greatly promotes the charge separation efficiency due to the formation of Z-scheme type composite. In addition, the photocatalytic activity in the visible light region was dramatically enhanced due to the contribution of both CdS and d-TiO2. The method could be easily extended to other wide bandgap semiconductors for constructing visible light responsive Z-scheme type photocatalysts.

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