Ordered Mesoporous NiS-loaded CdS with Ultrathin Frameworks for Efficient Photocatalytic H2 Production

doi:10.7503/cjcu20210035

Abstract

Abstract:

An ordered mesoporous cadmium sulfide（CdS） photocatalyst has been synthesized through the nanocasting method using ordered mesoporous silica as hard template. The resultant ordered mesoporous CdS photocatalyst is constructed with gyroid ultrathin frameworks of ca. 5 nm and possesses a large specific surface area of 238 m²/g， which could efficiently reduce the migration distance of photo-generated charges from bulk to surface in photocatalysis and provide more active sites for photocatalytic reaction， thus resulting an enhanced photocatalytic performance. Furthermore， nickel sulfide as a cocatalyst was loaded on the surface of ordered mesoporous CdS by the in?situ chemical deposition， resulting in a series of ordered mesoporous NiS-loaded CdS nanocomposite photocatalysts. Their photocatalytic performances for H₂ production in water were evalua-ted under visible light irradiation（λ≥420 nm） and a high photocatalytic H₂ evolution rate of 3.84 mmol?h^-1?g^-1 could be reached after loading an optimal amount of NiS， which is 17.5 times that（0.22 mmol?h^-1?g^-1） for commercial CdS after loading the same amount of NiS.

Key words: Mesoporous photocatalyst, Ultrathin framework, CdS, NiS, H₂ production

CLC Number:

O611

TrendMD:

YANG Xiaomei, WU Qiang, GUO Ru, YE Kaibo, XUE Ping, WANG Xiaozhong, LAI Xiaoyong. Ordered Mesoporous NiS-loaded CdS with Ultrathin Frameworks for Efficient Photocatalytic H₂ Production[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1581.

Figures/Tables 7

Fig.1 Low?angle XRD patterns of ordered mesoporous silica KIT?6(a), CdS/KIT?6(b) and ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(c)

Fig.2 Wide?angle XRD patterns of ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6

Fig.3 Nitrogen adsorption?desorption isotherms of ordered mesoporous silica KIT?6(a), ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(b) and commercial CdS(c)

Fig.4 Pore size distribution curves of ordered mesoporous silica KIT?6(a) and ordered mesoporous CdS after removal of KIT?6(b)

Fig.5 TEM image of ordered mesoporous CdS without NiS(A), HRTEM images of ordered mesoporous CdS without(B) and with(C) NiS, HADF STEM image of ordered mesoporous CdS with NiS(D1) and the corresponding elemental maps for Cd, Ni and S(D2—D4)

Fig.6 Time courses of H2 evolvation rates for ordered mesoporous CdS(50 mg) loaded with different amounts of NiSAmounts of NiS/μmol: a. 3; b. 5; c. 20; d. 500. e. commercial CdS(50 mg) loaded with 5 μmol of NiS.

Fig.7 Average H2 evolvation rates for ordered mesoporous CdS(50 mg) loaded with different amounts of NiSAmounts of NiS/μmol: a. 3; b. 5; c. 20; d. 500. e. commercial CdS(50 mg) loaded with 5 μmol of NiS.

References 50

1	Fujishima A.， Honda K.， Nature， 1972， 238， 37—38
2	Vamvasakis I.， Liu B.， Armatas G. S.， Adv. Funct. Mater.， 2016， 26（44）， 8062—8071
3	Wang Q.， Domen K.， Chem. Rev.， 2020， 120（2）， 919—985
4	Takata T.， Jiang J. Z.， Sakata Y.， Nakabayashi M.， Shibata N.， Nandal V.， Seki K.， Hisatomi T.， Domen K.， Nature， 2020， 581（7809）， 411—414
5	Tang H. L.， Ren Y.， Wei S. H.， Liu G.， Xu X. X.， Rare Metals， 2019， 38（5）， 453—458
6	Tong Z.， Yang D.， Li Z.， Nan Y.， Ding F.， Shen Y.， Jiang Z.， ACS Nano， 2017， 11（1）， 1103—1112
7	Li Q.， Li X.， Wageh S.， Al-Ghamdi A. A.， Yu J.， Adv. Energy Mater.， 2015， 5（14）， 1—28
8	Li C.， Zhang J.， Xu Q.， Feng Z.， Li M.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2008， 47（9）， 1766—1769
9	Xiao Y. Q.， Feng C.， Fu J.， Wang F. Z.， Li C. L.， Kunzelmann V. F.， Jiang C. M.， Nakabayashi M.， Shibata N.， Sharp I. D.， Domen K.， Li Y. B.， Nat. Catal.， 2020， 3（11）， 932—940
10	Lin Y. C.， Tsai D. C.， Chang Z. C.， Shieu F. S.， Appl. Surf. Sci.， 2018， 440， 1227—1234
11	Ai Z.， Zhao G.， Zhong Y.， Shao Y.， Huang B.， Wu Y.， Hao X.， Appl. Catal. B， 2018， 221， 179—186
12	Wakerley D. W.， Kuehnel M. F.， Orchard K. L.， Ly K. H.， Rosser T. E.， Reisner E.， Nat. Energ.， 2017， 2（4）， 17021
13	Hu K. Y.， Xu Z.， Liu Y. T.， Huang F. Q.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（6）， 1102—1107
14	Ye H. F.， Shi R.， Yang X.， Fu W. F.， Chen Y.， Appl. Catal. B⁃Environ.， 2018， 233， 70—79
15	Li K. Q.， Xiong H. L.， Wang X.， Ma Y. L.， Gao T. N.， Liu Z. L.， Liu Y. L.， Fan M. H.， Zhang L.， Song S. Y.， Qiao Z. A.， Inorg. Chem.， 2020， 59（7）， 5063—5071
16	Wang Y.， Li L. P.， Li G. S.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（6）， 1053—1058
17	Yin Y. G.， Wei S. T.， Zhang L.， Guo Z. W.， Huang H. H.， Sai S. R.， Wu J. D.， Xu Y. C.， Liu Y.， Zheng L. R.， Fan X. F.， Cui X. Q.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（6）， 1122—1127
18	Liu M. Y.， You W. S.， Lei Z. B.， Takata T.， Domen K.， Li C.， Chin. J. Catal.， 2006， 27（7）， 556—558
19	Zong X.， Yan H. J.， Wu G. P.， Ma G. J.， Wen F. Y.， Wang L.， Li C.， J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（23）， 7176—7177
20	Cheng L.， Xiang Q.， Liao Y.， Zhang H.， Energ. Environmental Sci.， 2018， 11（6）， 1362—1391
21	Zhu Y. X.， Jiang X.， Lin L.， Wang S. H.， Chen C.， Chem. Res. Chinese Universities， 2020， 36（6）， 1032—1038
22	Yu H.， Zhong W.， Huang X.， Wang P.， Yu J.， ACS Sustain. Chem. Eng.， 2018， 6（4）， 5513—5523
23	Wang J.， Li B.， Chen J.， Li N.， Zheng J.， Zhao J.， Zhu Z.， J. Alloy. Compd.， 2012， 535， 15—20
24	Xu Y.， Zhao W.， Xu R.， Shi Y.， Zhang B.， Chem. Commun.， 2013， 49（84）， 9803—9805
25	Cheng L.， Zhang D.， Liao Y.， Zhang H.， Xiang Q.， Sol. RRL， 2019， 3（6）， 1900062
26	Ba Q.， Jia X.， Huang L.， Li X.， Chen W.， Mao L.， Int. J. Hydrogen Energy， 2019， 44（12）， 5872—5880
27	Zhang L.， Fu X.， Meng S.， Jiang X.， Wang J.， Chen S.， J. Mater. Chem. A， 2015， 3（47）， 23732—23742
28	Wu K.， Rodríguez⁃Córdoba W.， Lian T.， J. Phys. Chem. B， 2014， 118（49）， 14062—14069
29	Wu K.， Zhu H.， Lian T.， Acc. Chem. Res.， 2015， 48（3）， 851—859
30	Yan H. J.， Yang J. H.， Ma G. J.， Wu G. P.， Zong X.， Lei Z. B.， Shi J. Y.， Li C.， J. Catal.， 2009， 266（2）， 165—168
31	Bao N.， Shen L.， Takata T.， Lu D.， Domen K.， Chem. Lett.， 2006， 35（3）， 318—319
32	Zhukovskyi M.， Tongying P.， Yashan H.， Wang Y. X.， Kuno M.， ACS Catal.， 2015， 5（11）， 6615—6623
33	Yuan J. L.， Wen J. Q.， Gao Q. Z.， Chen S. C.， Li J. M.， Li X.， Fang Y. P.， Dalton Trans.， 2015， 44（4）， 1680—1689
34	Wang H.， Chen W.， Zhang J.， Huang C. P.， Mao L. Q.， Int. J. Hydrogen Energy， 2015， 40（1）， 340—345
35	Cao S.， Chen Y.， Hou C. C.， Lv X. J.， Fu W. F.， J. Mater. Chem. A， 2015， 3（11）， 6096—6101
36	Chen X. P.， Chen W.， Gao H. Y.， Yang Y.， Shangguan W. F.， Appl. Catal. B⁃Environ.， 2014， 152， 68—72
37	Chen S.， Chen X. P.， Jiang Q. Z.， Yuan J.， Lin C. F.， Shangguan W. F.， Appl. Surf. Sci.， 2014， 316， 590—594
38	Zhang J.， Qiao S. Z.， Qi L. F.， Yu J. G.， Phys. Chem. Chem. Phys.， 2013， 15（29）， 12088—12094
39	Simon T.， Bouchonville N.， Berr M. J.， Vaneski A.， Adrovic A.， Volbers D.， Wyrwich R.， Doblinger M.， Susha A. S.， Rogach A. L.， Jackel F.， Stolarczyk J. K.， Feldmann J.， Nature Mater.， 2014， 13（11）， 1013—1018
40	Zhang W.， Wang Y. B.， Wang Z.， Zhong Z. Y.， Xu R.， Chem. Commun.， 2010， 46（40）， 7631—7633
41	Jiang D.， Zhu L.， Irfan R. M.， Zhang L.， Du P.， Chin. J. Catal.， 2017， 38（12）， 2102—2109
42	Kleitz F.， Choi S. H.， Ryoo R.， Chem. Commun.， 2003，（17）， 2136—2137
43	Olshavsky M. A.， Allcock H. R.， Chem. Mater.， 1997， 9（6）， 1367—1376
44	Yang J.， Su H.， Wu Y.， Li D.， Zhang D.， Sun H.， Yin S.， Chem. Eng. J.， 2020， 127607
45	Lai X.， Shen G.， Xue P.， Yan B.， Wang H.， Li P.， Xia W.， Fang J.， Nanoscale， 2015， 7（9）， 4005—4012
46	Ding C.， Ma Y.， Lai X.， Yang Q.， Xue P.， Hu F.， Geng W.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2017， 9（21）， 18170—18177
47	Liu Y.， Ma Y.， Liu W.， Shang Y.， Zhu A.， Tan P.， Xiong X.， Pan J.， J. Colloid Inter. Sci.， 2018， 513， 222—230
48	Liu X. Y.， Tian B. Z.， Yu C. Z.， Tu B.， Liu Z.， Terasaki O.， Zhao D. Y.， Chem. Lett.， 2003， 32（9）， 824—825
49	Gao F.， Lu Q. Y.， Zhao D. Y.， Adv. Mater.， 2003， 15（9）， 739—742
50	Lee Y. Y.， Moon J. H.， Choi Y. S.， Park G. O.， Jin M. S.， Jin L. Y.， Li D.， Lee J. Y.， Son S. U.， Kim J. M.， J. Phys. Chem. C， 2017， 121（9）， 5137—5144

[1]	HUAN Xinyu, LAI Ganqiang, HUANG Yue, YANG Caiguang. Research Progress on Chemical Intervention of N⁶-methyladenosine Modification [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(Album-4): 20220340.
[2]	PENG Kuilin, LI Guilin, JIANG Chongyang, ZENG Shaojuan, ZHANG Xiangping. Research Progress for the Role of Electrolytes in the CO₂ Electrochemical Reduction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220238.
[3]	ZHOU Zixuan, YANG Haiyan, SUN Yuhan, GAO Peng. Recent Progress in Heterogeneous Catalysts for the Hydrogenation of Carbon Dioxide to Methanol [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220235.
[4]	YANG Dan, LIU Xu, DAI Yihu, ZHU Yan, YANG Yanhui. Research Progress in Electrocatalytic CO₂ Reduction Reaction over Gold Clusters [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220198.
[5]	XIA Wu, REN Yingyi, LIU Jing, WANG Feng. Chitosan Encapsulated CdSe QDs Assemblies for Visible Light-induced CO₂ Reduction in an Aqueous Solution [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220192.
[6]	ZHOU Leilei, CHENG Haiyang, ZHAO Fengyu. Research Progress of CO₂ Hydrogenation over Pd-based Heterogeneous Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220279.
[7]	WANG Guangqi, BI Yiyang, WANG Jiabo, SHI Hongfei, LIU Qun, ZHANG Yu. Heterostructure Construction of Noble-metal-free Ternary Composite Ni（PO₃）₂-Ni₂P/CdS NPs and Its Visible Light Efficient Catalytic Hydrogen Production [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220050.
[8]	REN Nana, XUE Jie, WANG Zhifan, YAO Xiaoxia, WANG Fan. Effects of Thermodynamic Data on Combustion Characters of 1，3-Butadiene [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220151.
[9]	GAO Zhiwei, LI Junwei, SHI Sai, FU Qiang, JIA Junru, AN Hailong. Analysis of Gating Characteristics of TRPM8 Channel Based on Molecular Dynamics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220080.
[10]	CHANG Yunfei, LIAO Mingyi, WEN Jiaming. Reduction Performance and Mechanism of Liquid Terminated-carboxyl Fluoroelastomers Using NaBH₄/MCl _x Reduction System [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20210835.
[11]	ZHANG Shiyu, HE Runhe, LI Yongbing, WEI Shijun, ZHANG Xingxiang. Fabrication of Lithium-sulfur Battery Cathode with Radiation Crosslinked Low Molecular Weight of Polyacrylonitrile and the Mechanism of Sulfur Storage [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210632.
[12]	BI Gening, XIAO Xiaohua, LI Gongke. Development and Validation of Multiple Physical Fields Coupling Model for Microwave-assisted Extraction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210739.
[13]	SUN Cuihong, LYU Liqiang, LIU Ying, WANG Yan, YANG Jing, ZHANG Shaowen. Mechanism and Kinetics on the Reaction of Isopropyl Nitrate with Cl， OH and NO₃ Radicals [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210591.
[14]	WEN Zhiguo, QIAO Zaiyin, TIAN Chong, MAXIM Borzov, NIE Wanli. Catalytic Activity and Reaction Mechanism of FLPs for the Reduction of Enamine [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220555.
[15]	CHANG Sihui, CHEN Tao, ZHAO Liming, QIU Yongjun. Thermal Degradation Mechanism of Bio-based Polybutylactam Plasticized by Ionic Liquids [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220353.

Ordered Mesoporous NiS-loaded CdS with Ultrathin Frameworks for Efficient Photocatalytic H₂ Production

RichHTML

PDF (PC)

Supplement

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 7

References 50

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments