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将晶面工程与压电-光电催化相结合,有效提高ZnIn2S4光阳极的光电分解水能力。 世界能源危机愈演愈烈,为了应对严重的能源危机和环境污染问题,开发一种能充分利用太阳能可见光催化分解水制氢技术,可将太阳能转化并储存为化学能,为替代不可再生的化石燃料提供了一种可再生的潜在手段。光电化学(PEC)分解水生产氢气和氧气是一种未来理想的能源。ZnIn2S4作为AB2X4族中唯一具有层状结构的半导体材料,表现出较好的可见光吸收能力、化学稳定性和光电性能,是目前比较理想的一种光催化剂材料。但ZnIn2S4在光电化学分解水的过程中也存在光生载流子容易复合、自身载流子动力学速度慢等问题。
图1 压电-光电催化机理示意图及透射电子显微镜照片和扫描电子显微镜照片 基于此,天津城建大学王成仡等人,通过水热法制备了具有高度暴露活性(110)晶面的ZnIn2S4,为载流子运输提供了通道。之后利用压电效应激发ZnIn2S4使其产生内建电场,加速了光生载流子的分离和转移,促进载流子在体外的分离,测得光电流密度为0.36 mA/cm2(在1.23 VRHE时,90 kHz),是未加超声振动(0.13 mA/cm2)的2.8倍。此外,还通过测试在超声条件下的体表分离效率、阻抗等一系列电化学测试,证明了随着超声振动的增加,ZnIn2S4的压电光催化性能增强。这是因为压电效应和活性晶面的共同作用,抑制了光生载流子的复合,提高光生电子-空穴对的分离效率,从而增强光催化剂的活性,这对于提升光阳极材料的PEC性能有着重要作用,为高性能光电催化剂的设计提供了新思路。 论文信息 Piezoelectric Effect Promoted Photoelectrochemical Water Splitting Ability of ZnIn2S4 Photoanode with Highly Exposed Active (110) Facets Jiazeyu Li, Chengyi Wang, Zhengang guo, Mengnan Ruan ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202301318
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