Efficient photocatalytic biomass-alcohol conversion with simultaneous hydrogen evolution over ultrathin 2D NiS/Ni-CdS photocatalyst

光催化 生物量(生态学) 材料科学 制氢 化学 化学工程 纳米技术 催化作用 生物 有机化学 生态学 工程类
作者
Zongyi Huang,Cheng Guo,Quanxing Zheng,Hong‐Liang Lu,Pengfei Ma,Zhengzhong Fang,Pengfei Sun,Xiaodong Yi,Zhou Chen
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:35 (7): 109580-109580 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2024.109580
摘要

The photocatalytic conversion of biomass into high-value chemicals, coupled with simultaneous hydrogen (H2) evolution, leveraging the electrons and holes generated by solar energy, holds great promise for addressing energy demands. In this study, we constructed a dual functional photocatalytic system formed by NiS loaded on Ni doped two-dimensional (2D) CdS nanosheet (NiS/Ni-CdSNS) heterostructure for visible-light-driven H2 evolution and ethanol oxidation to acetaldehyde. Remarkably, the 2D NiS/Ni-CdSNS exhibited significant activity and selectivity in both photocatalytic H2 evolution and ethanol oxidation, achieving yields of 7.98 mmol g−1 h−1 for H2 and 7.33 mmol g−1 h−1 for acetaldehyde. The heterogeneous interface of the composite facilitated efficient charge separation, while NiS provided abundant sites for proton reduction, thereby promoting the overall dual-functional photocatalytic activity. Density functional theory calculations further reveal that both Ni doping and NiS loading can reduce the reaction energy barrier of ethanol oxidation of free radicals, and NiS/Ni-CdSNS composite materials exhibit stronger ethanol C−H activation ability to generate key intermediate •CH(OH)CH3 on the surface. This work serves as a valuable guide for the rational design of efficient dual functional photocatalytic systems that combine H2 evolution with the selective conversion of organic compounds into high-value chemicals.
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