Tuning Cu dopant of Zn0.5Cd0.5S nanocrystals enables high-performance photocatalytic H2 evolution from water splitting under visible-light irradiation

材料科学 分解水 掺杂剂 光催化 辐照 可见光谱 纳米晶 光电子学 吸收(声学) 光化学 纳米技术 兴奋剂 催化作用 物理 复合材料 核物理学 化学 生物化学
作者
Zongwei Mei,Bingkai Zhang,Jiaxin Zheng,Yuan Sheng,Zengqing Zhuo,Xianguang Meng,Zonghai Chen,Khalil Amine,Wanli Yang,Lin.-Wang Wang,Wei Wang,Shufeng Wang,Qihuang Gong,Jun Li,Fu.-Sheng Liu,Feng Pan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:26: 405-416 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2016.05.051
摘要

Cu-doping into Zn1−xCdxS can greatly enhance the photocatalytic H2 evolution from water splitting under visible-light irradiation. However, it is still controversial for how the Cu-dopant improves this performance. Here, we report that appropriate Cu-doped Zn0.5Cd0.5S nanocrystals reach 21.4 mmol/h/g of H2 evolution rate without cocatalyst in the visible-light region, which is also 2.8 times as high as that of the undoped counterpart, and the corresponding apparent quantum efficiency is 18.8% at 428 nm. It is firstly confirmed that the Cu2+ changes into Cu+ after being doped by soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS). We theoretically propose that the transformation of 2Cu2+ to 2Cu+ results in one adjacent S2− vacancy (VS) in host during the doping process, while the Cu+-dopant and VS attract the photoexcited holes and electrons, respectively. Accordingly, the photocatalytic activity is improved due to the enhanced separation of photoexcited carriers accompanied with the enhanced light absorption resulting from the Cu+-dopant and 2Cu+/VS complex as possible active site for photocatalytic H2 evolution.

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