Simultaneous Piezoelectrocatalytic Hydrogen‐Evolution and Degradation of Water Pollutants by Quartz Microrods@Few‐Layered MoS2 Hierarchical Heterostructures

材料科学 石英 异质结 量子效率 制氢 化学工程 催化作用 纳米技术 降级(电信) 光电子学 复合材料 化学 有机化学 计算机科学 电信 工程类
作者
Yu‐Ting Lin,Sz‐Nian Lai,Jyh Ming Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (34) 被引量:104
标识
DOI:10.1002/adma.202002875
摘要

Intense light attenuation in water/wastewater results in photocatalysts exhibiting a low quantum efficiency. This study develops a novel piezoelectrocatalysis system, which involves quartz microrods (MRs) abundantly decorated with active-edge-site MoS2 nanosheets to form a quartz microrods@few-layered MoS2 hierarchical heterostructure (QMSH). Through theoretical calculations, it is found that the quartz MRs serve as a parallel-plate capacitor, which is self-powered to provide an internal electric field to the few-layered MoS2 nanosheets surrounding the quartz MR surfaces, and the piezoelectric potential (piezopotential) effectively facilitates redox reactions with the free carriers in MoS2 . The self-powered quartz MRs in the QMSH present an internal bias to the MoS2 nanosheets, thus yielding a piezoelectrocatalysis system. An efficient piezoelectrocatalytic hydrogen evolution reaction and decomposition of wastewater without light irradiation can be achieved simultaneously. The second-order rate constant of the QMSH is ≈0.631 L mg-1 min-1 , which is 650-fold that of quartz MRs, indicating that the piezoelectric heterostructural catalysts display exceptionally high efficiency on piezoelectrocatalytic redox reactions rather than in the piezocatalytic process. The H2 -production rate of QMSH catalysts approaches ≈6456 µmo1 g-1 h-1 and peaks at ≈16.8 mmol g-1 in 8 h. The piezoelectrocatalytic process may be a promising method for treating industrial wastewater and producing clean energy.
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