Optimizing Atomic Hydrogen Desorption of Sulfur‐Rich NiS1+x Cocatalyst for Boosting Photocatalytic H2 Evolution

材料科学 解吸 光催化 密度泛函理论 X射线光电子能谱 硫黄 制氢 活动站点 吸附 光化学 物理化学 催化作用 化学工程 计算化学 化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Duoduo Gao,Jiachao Xu,Linxi Wang,Bicheng Zhu,Huogen Yu,Jiaguo Yu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (6) 被引量:215
标识
DOI:10.1002/adma.202108475
摘要

Low-cost transition-metal chalcogenides (MSx ) are demonstrated to be potential candidate cocatalyst for photocatalytic H2 generation. However, their H2 -generation performance is limited by insufficient quantities of exposed sulfur (S) sites and their strong bonding with adsorbed hydrogen atoms (SHads ). To address these issues, an efficient coupling strategy of active-site-enriched regulation and electronic structure modification of active S sites is developed by rational design of core-shell Au@NiS1+x nanostructured cocatalyst. In this case, the Au@NiS1+x cocatalyst can be skillfully fabricated to synthesize the Au@NiS1+x modified TiO2 (denoted as TiO2 /Au@NiS1+x ) by a two-step route. Photocatalytic experiments exhibit that the resulting TiO2 /Au@NiS1+x (1.7:1.3) displays a boosted H2 -generation rate of 9616 µmol h-1 g-1 with an apparent quantum efficiency of 46.0% at 365 nm, which is 2.9 and 1.7 times the rate over TiO2 /NiS1+x and TiO2 /Au, respectively. In situ/ex situ XPS characterization and density functional theory calculations reveal that the free-electrons of Au can transfer to sulfur-enriched NiS1+x to induce the generation of electron-enriched Sδ- active centers, which boosts the desorption of Hads for rapid hydrogen formation via weakening the strong SHads bonds. Hence, an electron-enriched Sδ- -mediated mechanism is proposed. This work delivers a universal strategy for simultaneously increasing the active site number and optimizing the binding strength between the active sites and hydrogen adsorbates.
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