Cobalt incorporation-induced photocatalytic reactivity enhancement in ZnIn2S4 nanosheets for effective hydrogen production

光催化 制氢 杂原子 吸附 光化学 离解(化学) 掺杂剂 化学 解吸 石墨烯 材料科学 无机化学 兴奋剂 催化作用 纳米技术 物理化学 有机化学 戒指(化学) 光电子学
作者
Baorong Xu,Ben Chong,He Li,Guidong Yang
出处
期刊:Chemical Engineering Science [Elsevier]
卷期号:280: 118985-118985 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.ces.2023.118985
摘要

Heteroatom incorporation is commonly used resorts to construct highly active centers in photocatalysis. Especially, cobalt with tunable spin orbitals is a desirable dopant for photocatalytic hydrogen production. However, the charge and adsorption properties associated with cobalt-incorporated sites have not been elucidated. In this work, the cobalt with the spin state (e4t23) was successfully incorporated into ZnIn2S4 nanosheets. Experimental and calculated results show that the cobalt-induced electron occupancy displays an obvious interaction with oxygen-containing intermediates, which promotes water dissociation. Meanwhile, the enhanced covalency of CoS bonds effectively balances the hydrogen adsorption/desorption ability, which is favorable for H2 production. Nevertheless, the weakened water adsorption restricts the improvement of H2 production as the amount of Co doping increases. Under the balance of these factors, optimum doping of cobalt in ZnIn2S4 is achieved and it shows a significantly enhanced H2-evolution rate of 72.1 μmol h−1, which is 5.5 times higher than that of ZnIn2S4.
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