Nanoconfinement dynamics and crystal plane exposure: Synergistic promotion of simulated solar-driven H2O-to-H2 conversion on host (CdS)-guest (Ti single-atom) nano-photocatalyst
作者：W. Li,* Y. Dang, J. Li, T. Ma, G. Liao, F. Gao, W. Duan, J. Li, X. Wang,* C. Wang*
關鍵字：Cadmium sulfide; Nanoconfinement dynamics; Hydrogen production; Photocatalysis; Single-atomic sites
論文來源：期刊
具體來源：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144793
發表時間：2023年
六方相硫化鎘(h-CdS)因其適宜的能帶結構，在光催化制氫方面具有廣闊的應用前景，而其納米顆粒(NPs)和納米棒(NRs)形貌是備受人們關注的兩種重要的結構形態。由于兩種納米結構的維度和尺寸差異，使其表現出極為不同的納米限域特征，導致不同的光激子分離和遷移動力學行為，從而具有不同的催化性能。然而其內在機制尚不明確，但這種效應卻廣泛存在于不同的光催化微納系統中，甚至直接影響最終的催化性能。本文分別合成了CdS NPs和CdS NRs，并分別對其進行表面單原子態鈦(Ti SAs)修飾，構建了兩種具有主(CdS)-客體(Ti) 相互作用的納米限域體系。由于CdS NPs具有典型的三維(3D) 納米限域動力學特性，優化后的CdS NPs-Ti納米催化劑的H-G相互作用對自體相向表面(BTS)的光激子遷移起到了各向同性的協同動力學促進作用，更有效地抑制了其重組動力學行為，從而顯著增強了其模擬日光(SSL)驅HER光催化活性(14.10 mmol·h-1·g-1，為CdS NPs的22.5倍，AQY400 nm = 20.44%)，甚至優于部分已報導的非貴金屬和貴金屬單原子位點修飾的CdS納米催化劑。經過表面瞬態光電壓(TPV)和DFT計算分析表明，適宜的晶面曝漏和獨特的3D納米限域動力學特征更有利于Ti-S鍵相互作用的形成，達到各向同性的H-G協同動力學增強機制，具有更快速的BTS光激子遷移動力學和高度抑制的重組動力學行為，從而獲得更為高效的太陽光-氫氣(STH)轉換效率。本文以CdS NPs和NRs為研究對象，通過構建可見的光激子納米限域動力學模型闡明了其影響催化活性的內在作用機制。
