Synergy of yolk-shelled structure and tunable oxygen defect over CdS/CdCO3-CoS2: Wide band-gap semiconductors assist in efficient visible-light-driven H2 production and CO2 reduction

半导体 材料科学 还原(数学) 氧气 带隙 可见光谱 化学 光电子学 几何学 数学 有机化学
作者
Siyi Zhang,Shiwen Du,Yumin Wang,Ziwu Han,Xu Li,Guojun Li,Qing Hu,Hu Xu,Chunqing He,Pengfei Fang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:454: 140113-140113 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140113
摘要

• The yolk-shelled CoS 2 is successfully fabricated via self-sacrificing strategy. • Defect-riched CdS/CdCO 3 is firstly grown in-situ on CoS 2 via solubility product displacement method. • Introduction of wide-band CdCO 3 highly promotes H 2 evolution of CdS-CoS 2 . • Mie’s theory and monochromatic light HER indicates the possible Mie resonance. Yolk-shelled CoS 2 nanospheres are designed through Kirkendall Effect and subsequently converted into defect-rich CdS/CdCO 3 -CoS 2 photocatalysts via in-situ growth method. The optimal CdS/CdCO 3 -CoS 2 exhibits a significant hydrogen evolution rate of 64867.88 μmol h −1 g cat −1 that is 3.23 and 49.45 folds higher than CoS 2 -CdS and pure CdS. CO 2 reduction rate of CdS/CdCO 3 -CoS 2 is detected additionally (654.7 μmol h −1 g cat −1 ). Yolk-shelled CdS/CdCO 3 -CoS 2 induces the multi-scattering of incident light, possessing 1.52-fold H 2 production rate than that of full hollow ones. Enhanced photoexcited-carriers migration efficiency is attributed to the synergistic effect between possible Mie resonance at about λ = 450 nm in yolk-shelled architecture based on Mie’s theory and monochromatic light HER test, and the formation of defect energy level within the wide-band gap of CdCO 3 in Schottky-type/type II heterojunction. Electron paramagnetic resonance, positron annihilation spectroscopy and density functional theory calculation etc. are employed to validate the presence of oxygen vacancies and the photocatalytic mechanism.
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