Synergetic control of specific orientation and self-distribution of photoelectrons in micro-nano ZnIn2S4/black phosphorus quantum dots (BPQDs) heterojunction to enhance photocatalytic hydrogen evolution

量子点 光催化 异质结 材料科学 光电效应 纳米棒 电子转移 化学物理 化学工程 纳米技术 光电子学 光化学 化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Yanning Qu,Jie Ren,Dongfeng Sun,Yuan Yu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:642: 204-215 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.03.148
摘要

Black phosphorus quantum dots (BPQDs)-based materials possess excellent photocatalytic efficiency; however, they often present a loss of photo-induced carriers and random active sites in electron transfer of heterojunctions, thus restricting the enhancement of hydrogen (H2) evolution and their potential application. In this study, a micro-nano ZnIn2S4/BPQDs (MN-ZISBP) composite is constructed to enable specific orientation and self-distribution of photoelectrons transferred from ZnIn2S4 (ZIS) to BPQDs. The relationship between photoelectron transfer and H2 evolution efficiency is investigated via experiments and density functional theory (DFT) calculations. MN-ZISBP with a nanorod-like structure presents an H2 evolution rate of 1207 μmol/g/h and is higher than that of the sheet-shaped (S-ZISBP, 1023 μmol/g/h) and flower-like composites (F-ZISBP, 744 μmol/g/h) under visible light irradiation. The MN-ZISBP composite with a lower conduction band level and larger specific surface area increases the number of active sites on BPQDs via “self-distribution” for H2 evolution. Finally, the electron transfer direction and bonding orbitals of MN-ZISBP are calculated using the work function and density of states results to verify the above conclusions. The novel construction technique and photocatalytic mechanism of MN-ZISBP reported in this study provide significant insights into the BPQDs-based photocatalysts for H2 evolution.
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