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Piezocatalytic and Photocatalytic Hydrogen Peroxide Evolution of Sulfide Solid Solution Nano‐Branches from Pure Water and Air

光催化 材料科学 过氧化氢 制氢 分解水 纳米结构 光化学 纳米技术 电子顺磁共振 化学工程 光催化分解水 纳米- 催化作用 化学 有机化学 复合材料 核磁共振 工程类 物理
作者
Sen Lin,Qi Wang,Hongwei Huang,Yihe Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (19): e2200914-e2200914 被引量:98
标识
DOI:10.1002/smll.202200914
摘要

Abstract Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as a useful chemical has a wide range of applications, and the development of efficient semiconducting materials for H 2 O 2 production is deemed as a promising strategy to realize the energy conversion. In this paper, Cd x Zn 1‐x S (x = 0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1) nano‐branches are fabricated and the piezocatalytic and photocatalytic H 2 O 2 evolution performance are studied. Under ultrasound condition, the H 2 O 2 yield of as‐synthesized solid solutions is all higher than those of pristine ZnS and CdS, and optimal evolution rate achieves 21.9 µmol g −1 h −1 for Cd 0.5 Zn 0.5 S without any sacrificial agent, while it is increased to 151.6 µmol g −1 h −1 under visible light irradiation. The piezo/photoelectrochemical tests, piezoresponse force microscopy (PFM), and computational simulation reveal that the nano‐branch structure benefits the mechanical energy conversion more, favoring the H 2 O 2 evolution for Cd 0.5 Zn 0.5 S, and a higher concentration of charge carriers is generated in photocatalysis. The active radical trapping and in situ electron spin resonance (ESR) experiments demonstrate that both of the H 2 O 2 generation pathways are originated from oxygen reduction by the sequential two‐step single‐electron reaction. This work opens a door for promoting the H 2 O 2 production from nanostructure and solid solution design.
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