Type-I CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot-Gold Heterostructural Nanocrystals for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Generation

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作者
Na Jin,Yonglei Sun,Wenwu Shi,Ping Wang,Yosuke Nagaoka,Tong Cai,Rongzhen Wu,Lacie Dube,Hawi N. Nyiera,Yuzi Liu,Tomoyasu Mani,Xinzhong Wang,Jing Zhao,Ou Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (40): 21886-21896 被引量:33
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06065
摘要

Developing Type-I core/shell quantum dots is of great importance toward fabricating stable and sustainable photocatalysts. However, the application of Type-I systems has been limited due to the strongly confined photogenerated charges by the energy barrier originating from the wide-bandgap shell material. In this project, we found that through the decoration of Au satellite-type domains on the surface of Type-I CdS/ZnS core/shell quantum dots, such an energy barrier can be effectively overcome and an over 400-fold enhancement of photocatalytic H2 evolution rate was achieved compared to bare CdS/ZnS quantum dots. Transient absorption spectroscopic studies indicated that the charges can be effectively extracted and subsequently transferred to surrounding molecular substrates in a subpicosecond time scale in such hybrid nanocrystals. Based on density functional theory calculations, the ultrafast charge separation rates were ascribed to the formation of intermediate Au2S layer at the semiconductor-metal interface, which can successfully offset the energy confinement introduced by the ZnS shell. Our findings not only provide insightful understandings on charge carrier dynamics in semiconductor-metal heterostructural materials but also pave the way for the future design of quantum dot-based hybrid photocatalytic systems.
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