S‐Scheme Heterojunction Engineering of CdS/Bi2WO6 in Breakthrough Piezocatalytic Nitrogen Reduction and Hydrogen Evolution: Performance, Mechanism, and DFT Calculations

材料科学 异质结 还原(数学) 氮气 机制(生物学) 物理化学 化学物理 纳米技术 化学工程 光电子学 物理 量子力学 化学 几何学 数学 工程类
作者
Xueer Ning,Aize Hao,Xiaojuan Qiu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202413217
摘要

Abstract Herein, a novel bismuth tungstate and cadmium sulfide (CdS/Bi 2 WO 6 )step‐scheme (S‐scheme) heterojunction piezocatalyst for the first time is developed. The exceptional piezocatalytic nitrogen reduction reaction activity (1.37 mmol L −1 g −1 h −1 ) is delivered, which is significantly higher compared to pure CdS (0.06 mmol L −1 g −1 h −1 ) and bare Bi 2 WO 6 (0.45 mmol L −1 g −1 h −1 ), showing an almost 23‐fold and 3‐fold increase, respectively. This performance greatly exceeds previously reported piezocatalysts and piezo‐photocatalysts. Meanwhile, this catalyst also holds outstanding piezocatalytic hydrogen evolution reaction rate of 1.02 mmol g −1 h −1 . Relevant experimental and density functional theory (DFT) calculations results demonstrate that the excellent catalytic capacity of CdS/Bi 2 WO 6 is mainly ascribed to the construction of S‐scheme heterojunction, which greatly promotes piezoelectric performance, enhances the segregating efficiency of charge carriers and redox capacity, regulates electronic structure, optimizes the reaction dynamics processes and reduces the reactions barrier, and induces more active sites. Furthermore, a new piezocatalytic mechanism for the CdS/Bi 2 WO 6 S‐scheme heterojunction is proposed. This research extends the applications of S‐scheme heterojunctions in sustainable energy piezocatalysis and offers insights for designing efficient piezocatalytic systems.
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