肖特基型Zn0.11Co0.42Ni0.47Se/ZnIn2S4化合物光解水析氢性能

doi:10.7503/cjcu20250242

摘要/Abstract

摘要：

采用水热/水浴两步法构筑了肖特基型Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄（ZCNSe/ZIS）化合物，研究了其物相组成、形貌结构、界面结构、能带排列和光热效应等对析氢性能的影响规律，探讨了其析氢机理. 结果表明，负载ZCNSe后，样品表现出良好的光热效应，有效提高了可见光及近红外光的吸收能力，肖特基势垒促进了光生电荷的有效分离，抑制了光生电子-空穴对复合，光解水析氢性能得到有效提高，最佳样品ZCNSe-4/ZIS的析氢速率达到6.89 mmol·g^-1·h^-1，约为纯相ZIS（1.98 mmol·g^-1·h^-1）的3.48倍；能带结构、光电子动力学及光热吸收表征结果共同证实了肖特基型ZCNSe/ZIS化合物的光生载流子动力学机制.

关键词: 多主元硒化物, 光热效应, ZnIn₂S₄, 助催化材料, 光解水

Abstract:

Schottky-type Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄（^{ZCNSe/ZIS） composites were constructed by a two-step hydrothermal/water-bath method. The influence of phase composition， morphological structure， interfacial structure， band alignment and photothermal effect on the hydrogen evolution reaction（^{HER） was investigated. The photocatalytic mechanism was discussed. The results indicate that ZCNSe/ZIS samples exhibit excellent photothermal effect， which effectively improves the visible-light and near-infrared-light absorption. Simultaneously， the Schottky contact facilitates the carrier separation and suppresses the electron-hole recombination. Consequently， the HER performance is enhanced markedly， and the optimal ZCNSe-4/ZIS sample achieves a hydrogen evolution rate of 6.89 mmol·g^-1·h^-1， which is ca. 3.48 times higher than that of pristine ZIS（1.98 mmol·g^-1·h^-1）. Moreover， band structure， photoelectron dynamics and photothermal characterizations collectively corroborate the photogenerated carrier transfer mechanism in Schottky-type ZCNSe/ZIS composites.}}

Key words: Multi-principal selenide, Photothermal effect, ZnIn₂S₄, Cocatalyst, Photocatalytic water splitting

中图分类号:

O643.3

TrendMD:

袁华启, 闫爱华, 王恒, 黄飞, 高埜, 苏自高, 惠博磊, 李楠. 肖特基型Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄化合物光解水析氢性能. 高等学校化学学报, 2025, 46(12): 20250242.

YUAN Huaqi, YAN Aihua, WANG Heng, HUANG Fei, GAO Ye, SU Zigao, HUI Bolei, LI Nan. Photocatalytic Water Splitting into Hydrogen Production Performance of Schottky-type Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄ Composites. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(12): 20250242.

图/表 9

Fig.1 XRD patterns of ZIS, ZCNSe and ZCNSe⁃x/ZIS samples(A) and Raman spectra of ZIS and ZCNSe⁃4/ZIS(B)

Fig.2 XPS spectra of Zn2p (A) for ZIS, ZCNSe and ZCNSe⁃4/ZIS and Co2p (B), Ni2p (C) and Se3d (D) for ZCNSe and ZCNSe⁃4/ZIS

Fig.3 FESEM images of ZIS(A), ZCNSe(B) and ZCNSe⁃4/ZIS(C), EDS mapping images of Zn(D), In(E), S(F), Ni(G), Co(H) and Se(I) of ZNCSe⁃4/ZIS, HRTEM images of ZCNSe⁃4/ZIS(J, K)

Fig.4 Time⁃dependent photocatalytic hydrogen production curves(A) and hydrogen evolution rates(B) of different samples, cyclic curves of photocatalytic hydrogen production of ZCNSe⁃4/ZIS(C), absorption spectra and wavelength⁃dependent AQE histograms of ZIS and ZCNSe⁃4/ZIS(D)

Fig.5 In situ infrared thermal images of ZIS(A) and ZCNSe⁃4/ZIS(B)

Fig.6 TPC curves(A), EIS plots(B), LSV curves(C), steady⁃state PL spectra(D), TRPL decay spectra(E) and SPV curves(F) of pure ZIS and ZCNSe⁃x/ZIS

Fig.7 UV⁃Vis DRS(A) and Tauc’s plots(B) of pure ZIS and ZCNSe⁃x/ZIS samples, M⁃S plots of ZIS(C) and ZCNSe(D), UPS spectra of ZIS(E) and ZCNSe(F)

Fig.8 Energy arrangement in ZCNSe⁃x/ZIS system

Fig.9 DMPO⁃·O2-(A) and DMPO⁃·OH(B) spin⁃trapping ESR spectra, high⁃resolution XPS spectra of In3d (C) and S2p (D) of pure ZIS and ZCNSe⁃4/ZIS

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肖特基型Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄化合物光解水析氢性能

Photocatalytic Water Splitting into Hydrogen Production Performance of Schottky-type Zn_0.11Co_0.42Ni_0.47Se/ZnIn₂S₄ Composites

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