
JPhysD编辑优选:新型S-scheme MoS2/CdIn2S4花状异质结光催化剂
本篇研究来自西北大学化工学院樊君教授和刘恩周副教授带领的研究团队。研究主要介绍了首次使用水热法制备了MoS2/CdIn2S4花状异质结、MoS2/CdIn2S4花状异质结具有良好的光催化降解污染物和产H2活性,以及MoS2/CdIn2S4花状异质结的载流子转移机理为S-scheme。 文章介绍 A novel S-scheme MoS2/CdIn2S4 flower-like heterojunctions with enhanced photocatalytic degradation and H2 evolution activity Bin Zhang(张彬); Huanxian Shi(施欢贤); Xiaoyun Hu(胡晓云); Yishan Wang(王屹山) Corresponding Author: Enzhou Liu(刘恩周); Jun Fan(樊君) 本文系统探究了MoS2/CdIn2S4复合材料的光催化性能和载流子转移机理。首先,利用一步水热法成功地制备了一系列MoS2/CdIn2S4复合材料。然后通过电镜表征观测到所制备的MoS2/CdIn2S4材料为一种由二维纳米薄片自组装而成的三维花状微球,所有花球大小一致,粒径分布为3-5 μm,不同晶格间距0.324nm 和 0.614 nm 分别对应于CdIn2S4的 (311)晶面和 MoS2的(002)晶面,且MoS2和CdIn2S4片层相互堆叠,形成良好的接触界面(图 1)。在可见光照射下,10%MoS2/CdIn2S4光催化剂表现出最优异的光催化活性:30mg催化剂在30min内可将染料罗丹明B(100mL, 10mg/L)全部降解,其降解速率常数(0.135min-1)为单体CdIn2S4(0.053 min-1)的2.6倍;其产氢速率高达1868.19 μmol·g-1·h-1,为CdIn2S4产氢速率827.09μmol·g-1·h-1的2.3倍(图2)。通过光电化学表征证明MoS2/CdIn2S4光催化剂拥有更高效的载流子转移和分离效率;通过UV-vis光谱外推得到MoS2和CdIn2S4的带隙宽度,再结合经验公式计算得出MoS2和CdIn2S4的导价带位置,并通过MS极化曲线印证了导价带位置;通过自由基捕获实验证明超氧自由基为主要活性物质。根据实验结果首次提出MoS2/CdIn2S4的S-scheme载流子转移机制:在内建电场和库仑力的作用下,相对无用的电子(MoS2的导带)和空穴(CdIn2S4的价带)相互结合,留下相对有用的电子(CdIn2S4的导带)和空穴(MoS2的价带)参与光催化反应(图 3)。研究结果对新型异质结光催化体系的设计和应用具有借鉴意义。 图1 10% MS/CIS的TEM (a) and HRTEM (b)图像 图2 MoS2/CdIn2S4的产氢性能图 (a) 和MoS2/CdIn2S4光催化产氢速率图 (b)....