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Regulating Electron–Hole Separation to Promote Photocatalytic H2 Evolution Activity of Nanoconfined Ru/MXene/TiO2 Catalysts

光催化 材料科学 半导体 化学工程 催化作用 电子转移 费米能级 离子 工作职能 化学物理 电子 纳米技术 光化学 光电子学 化学 量子力学 物理 工程类 生物化学 有机化学 图层(电子)
作者
Yunpeng Liu,Yuhang Li,Xiaoyao Li,Qiao Zhang,Hao Yu,Xinwen Peng,Feng Peng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (10): 14181-14189 被引量:185
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c07089
摘要

A facile strategy for the preparation of a nanoconfined Ti3C2/Ru cocatalyst by direct reduction of Ru3+ ions without an additional reductant was developed. The in situ formation of TiO2 nanosheets on the Ti3C2/Ru surface ensures the separation of the semiconductor and cocatalyst (TiO2-Ti3C2/Ru), resulting in charge segregation and migration more effective than those achieved by traditionally prepared Ru-TiO2-Ti3C2. Owing to its low Fermi level, the self-assembled Ti3C2/Ru cocatalyst accepted the photogenerated electrons and promoted H2 evolution without an induction period, while exhibiting high surface structure stability. The changes in the work function and surface terminations of Ti3C2 during the photocatalysis were revealed by DFT calculations and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy. The efficient electron transfer enabled by the structurally separated Ti3C2/Ru-based photocatalyst significantly reduced the electron-hole recombination, increasing the photocatalytic H2 evolution activity. This work provides a guiding design approach for future solar energy conversion with the semiconductor-cocatalyst system.
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