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H2-production and electron-transfer mechanism of a noble-metal-free WO3@ZnIn2S4 S-scheme heterojunction photocatalyst
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-01 , DOI: 10.1039/d2ta05181h Shuang Cao 1 , Jiaguo Yu 1, 2 , Swelm Wageh 3 , Ahmed A. Al-Ghamdi 3 , Mitra Mousavi 4 , Jahan B. Ghasemi 4 , Feiyan Xu 2
Journal of Materials Chemistry A ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-08-01 , DOI: 10.1039/d2ta05181h Shuang Cao 1 , Jiaguo Yu 1, 2 , Swelm Wageh 3 , Ahmed A. Al-Ghamdi 3 , Mitra Mousavi 4 , Jahan B. Ghasemi 4 , Feiyan Xu 2
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Solar-driven hydrogen production can alleviate the ever-growing energy crisis, but developing affordable and efficient photocatalysts is challenging. We here report a noble-metal-free WO3@ZnIn2S4 S-scheme heterojunction photocatalyst with ZnIn2S4 nanosheets vertically growing out of WO3 nanofibers. Due to the difference in work function, ZnIn2S4 donates electrons to WO3 upon their combination and thereby creates an internal electric field (IEF) at their interfaces. Driven by the IEF and bent energy bands, the photogenerated charge carriers of WO3@ZnIn2S4 follow an S-scheme transfer and separation pathway and maintain strong redox ability, as unveiled by in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-resolved photoluminescence spectroscopy. Benefiting from the S-scheme electron/hole separation and lower H2-evolution barrier (ΔGH* = −0.36 eV at S sites), the optimized WO3@ZnIn2S4 heterojunction affords a remarkable H2-evolution activity of 8500 μmol h−1 g−1 with an apparent quantum yield of 3.61% at 420 nm, outperforming most photocatalysts with deposition of noble metals.
中文翻译：
无贵金属WO3@ZnIn2S4 S型异质结光催化剂的产氢和电子转移机理
太阳能驱动的氢气生产可以缓解日益严重的能源危机，但开发负担得起且高效的光催化剂具有挑战性。我们在此报告了一种不含贵金属的 WO 3 @ZnIn 2 S 4 S 型异质结光催化剂，其中 ZnIn 2 S 4纳米片从 WO 3纳米纤维中垂直生长出来。由于功函数的不同，ZnIn 2 S 4在它们结合时向WO 3提供电子，从而在它们的界面处产生内电场(IEF)。在 IEF 和弯曲能带的驱动下，WO 3 @ZnIn 2 S的光生电荷载流子如原位X 射线光电子能谱 (XPS) 和时间分辨光致发光光谱所揭示的，图4遵循 S 型转移和分离途径并保持强氧化还原能力得益于 S 型电子/空穴分离和较低的 H 2演化势垒（S 位点的Δ G H* = -0.36 eV），优化的 WO 3 @ZnIn 2 S 4异质结提供了显着的 H 2演化活性8500 μmol h -1 g -1在 420 nm 处具有 3.61% 的表观量子产率，优于大多数具有贵金属沉积的光催化剂。
更新日期：2022-08-01
中文翻译：
无贵金属WO3@ZnIn2S4 S型异质结光催化剂的产氢和电子转移机理
太阳能驱动的氢气生产可以缓解日益严重的能源危机，但开发负担得起且高效的光催化剂具有挑战性。我们在此报告了一种不含贵金属的 WO 3 @ZnIn 2 S 4 S 型异质结光催化剂，其中 ZnIn 2 S 4纳米片从 WO 3纳米纤维中垂直生长出来。由于功函数的不同，ZnIn 2 S 4在它们结合时向WO 3提供电子，从而在它们的界面处产生内电场(IEF)。在 IEF 和弯曲能带的驱动下，WO 3 @ZnIn 2 S的光生电荷载流子如原位X 射线光电子能谱 (XPS) 和时间分辨光致发光光谱所揭示的，图4遵循 S 型转移和分离途径并保持强氧化还原能力得益于 S 型电子/空穴分离和较低的 H 2演化势垒（S 位点的Δ G H* = -0.36 eV），优化的 WO 3 @ZnIn 2 S 4异质结提供了显着的 H 2演化活性8500 μmol h -1 g -1在 420 nm 处具有 3.61% 的表观量子产率，优于大多数具有贵金属沉积的光催化剂。
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