Hierarchical nanohybrid of CuS/NiS2/Ti3C2 heterostructure with boosting charge transfer for efficient photocatalytic hydrogen evolution

异质结 光催化 材料科学 化学工程 肖特基势垒 纳米技术 分解水 纳米颗粒 电子转移 催化作用 光电子学 化学 光化学 生物化学 工程类 二极管
作者
Zhu Xi,Ziwei Pan,Wenqiang Lu
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:48 (69): 26740-26756 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.03.369
摘要

Fabricating heterostructure photocatalysts with co-catalysts can improve the separation and transfer of photo-induced electrons and holes for photocatalysis reactions. Herein, Ti3C2Tx nanosheets are obtained by chemical etching via the hydrothermal route and serve as a template for growing photocatalysts. NiS2 nanoparticles and CuS nanoneedles are deposited sequentially on the surface of Ti3C2Tx nanosheets to form “Type II” CuS/NiS2/Ti3C2Tx hierarchical heterostructure via the solvothermal method. The enormous nanoneedles morphology provides enlarged active sites for the photocatalytic processes. The fabricated CuS/NiS2/Ti3C2Tx heterostructure delivers an increased hydrogen generation rate of 32.66 mmol g−1 h−1, which is higher than that of pure CuS (2.38 folds), NiS2 (1.93 folds), and NiS2/Ti3C2Tx (1.71 folds). CuS/NiS2/Ti3C2Tx heterostructure also performs a superior hydrogen evolution retention of 97.7% after 4 cycles (one cycle lasts 4 h), implying its decent structural stability and light corrosion resistance. The reasons are ascribed to the constructed “Type II” heterostructure of CuS/NiS2 with higher active sites, improved conductivity, and efficient separation of electrons and holes. DFT calculation and Mott-Schottky plots results elucidate the formation mechanism of CuS/NiS2/Ti3C2Tx “Type II” structure. CuS/NiS2/Ti3C2Tx heterostructure also obtains a reduced bandgap with increased light absorption. The van der Waals force between 2D materials enhances the transfer of photo-generated electrons. This work demonstrates that designing hierarchical co-catalyst heterostructure without non-noble can effectively promote water splitting in the solar-to-chemical system.
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