Noble-metal-free chalcogenide nanotwins for efficient and stable photocatalytic pure water splitting by surface phosphorization and cocatalyst modification

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作者
Feng Liu,Fei Xue,Chun‐yang Zhang,Kejian Lu,Guijun Chen,Xiaoyuan Ye,Wenshuai Chen,Liejin Guo,Maochang Liu
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:30: 101180-101180 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101180
摘要

Chalcogenide photocatalysts are considered excellent candidates for photocatalytic water splitting because of their narrow bandgaps enabling utilization of visible light. However, severe self-oxidation of sulfide ions during water oxidation greatly restricts their application toward pure water splitting. Herein, we report the synthesis of a near-surface P-doped Cd0.5Zn0.5S (CZS) nanotwin photocatalyst, co-modified by red phosphorus (RP) and transition metal phosphides (TMPs, including FeP, Ni2P, and Co2P) by a one-step phosphorization method that enables efficient and stable pure water splitting. We demonstrate that homogenous phosphorus bridges formed from CZS to both RP and TMP because of near-surface P doping. These unique bridges enable effective charge transfer from RP to CZS and then to TMP via a two-electron Z-scheme mechanism. Significantly, the RP for photogenerated holes capture shows great corrosion–resistance during water oxidation, with simultaneous production of H2O2, while TMP promotes H2 evolution. The optimal CZS-P-Co2P shows a H2 evolution rate of 801.3 μmol/h/g for visible-light-driven pure water splitting, with an apparent quantum of 7.46% at 400 nm, which are among the highest reported values over chalcogenide photocatalysts. This work demonstrates the promising application potential of chalcogenides as photocatalysts for pure water splitting.
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