Efficient Visible-Light-Driven Splitting of Water into Hydrogen over Surface-Fluorinated Anatase TiO2 Nanosheets with Exposed {001} Facets/Layered CdS–Diethylenetriamine Nanobelts

锐钛矿 分解水 二乙烯三胺 材料科学 可见光谱 纳米技术 光催化 化学工程 催化作用 化学 光电子学 复合材料 有机化学 工程类
作者
Kai Dai,Jiali Lv,Jinfeng Zhang,Guangping Zhu,Lei Geng,Changhao Liang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:6 (10): 12817-12826 被引量:153
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b02064
摘要

Cadmium sulfide (CdS), is one of the superior visible-light-driven photocatalysts, and has a prosperous and practical future in hydrogen (H2) production from water splitting for addressing environmental problems, such as environmental contamination and energy shortage. But the inherent serious drawback of photocorrision always limits its photocatalytic performance. Here, we fabricated a layered nanojunction to enhance the H2 generation of the surface-fluorinated TiO2/CdS–diethylenetriamine (F–TiO2/CdS–DETA) system. The loading of F–TiO2 nanosheets (NSs) with exposed {001} facets on inorganic–organic CdS–DETA nanobelts (NBs) greatly improves the interfacial contact. The layered nanojunction structure efficiently inhibits the charge carriers' recombination and enhances the H2 production stability of CdS. At an optimal ratio of 30%F–TiO2, the F–TiO2/CdS–DETA composite exhibits the highest H2 production rate of 8342.86 μmol h–1 g–1, which is 6.6 times and 1.7 times as high as that of CdS nanoparticles and CdS–DETA NBs, respectively. The apparent quantum yield of the H2 evolution system reaches 24.9% at 420 nm with a Pt cocatalyst. More importantly, the surface of the F–TiO2 nanosheets enriches a large amount of trapping centers of photogenerated holes, which can thus efficiently promote the charge carriers' separation and enhance the photocatalytic H2 evolution of CdS–DETA. Also, the effective charges transfer route of F–TiO2/CdS–DETA is also demonstrated by a photoluminescence test and photocurrent response. This work provides an ideal model for the design of stable and efficient H2 production photocatalysts.
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