Heterostructure Construction of Noble-metal-free Ternary Composite Ni（PO3）2-Ni2P/CdS NPs and Its Visible Light Efficient Catalytic Hydrogen Production

doi:10.7503/cjcu20220050

Abstract

Abstract:

The development of visible-light-driven efficient， stable， and inexpensive photocatalysts for water- splitting hydrogen production is an important topic to address global energy and environmental challenges. In this work， a highly efficient， stable， and non-noble metal CdS-based photocatalytic composite Ni（PO₃）₂-Ni₂P/CdS NPs was synthesized by combining cocatalyst modification and heterostructure construction strategy. Binary cocatalyst Ni（PO₃）₂-Ni₂P nanosheet arrays were prepared using flower bulb Ni（OH）₂ as precursor by gas-phase sintering phosphating process， and CdS NPs were combined with them to form a new type of ternary composite photocatalyst ［Ni（PO₃）₂-Ni₂P/CdS NPs］ by sonochemical. The photocatalytic hydrogen production rate of 8%（mass fraction） Ni（PO₃）₂-Ni₂P/CdS NPs reaches 4237 μmol·g^?1·h^?1 with Na₂S-Na₂SO₃ as sacrificial agent under the irradiation of visible light（λ>420 nm）， which is about 19 times for CdS NPs（217 μmol·g^?1·h^?1）. In the cycling experiment， the hydrogen production rate of reaction is about 89% of the initial value after sixth cycles（18 h）， which demonstrates excellent catalytic stability. Compared with CdS NPs， the absorption edge of Ni（PO₃）₂-Ni₂P/CdS NPs is obviously red-shifted， the forbidden band width is reduced to 1.86 eV， and the overpotential of H⁺ reduction is reduced， which exhibits strong light absorption properties and a suitable band gap structure. The photogenerated electrons of CdS NPs are transferred to Ni（PO₃）₂-Ni₂P through the synergistic effect between Ni（PO₃）₂-Ni₂P and CdS NPs， which effectively promotes the separation of photogenerated carriers and improves the activity and stability of hydrogen production. This noble-metal-free composite photocatalyst may provide a way to design very efficient water splitting catalysts， which will promotes the practical industrial application of CdS visible photocatalytic water splitting.

Key words: CdS nanoparticles, Ni（PO₃）₂, Ni₂P, Photocatalysis, Hydrogen evolution

CLC Number:

O643.3

TrendMD:

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.

Figures/Tables 9

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Sample	E_g/eV	E_CB/eV	E_VB/eV
CdS NPs	2.40	-0.60	1.80
Ni（PO₃）₂?Ni₂P?1	2.06	-0.54	1.52
8%Ni（PO₃）₂?Ni₂P?1/CdS NPs	1.86	-0.57	1.29

Sample	E_g/eV	E_CB/eV	E_VB/eV
CdS NPs	2.40	-0.60	1.80
Ni（PO₃）₂?Ni₂P?1	2.06	-0.54	1.52
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