Enkeltkrystallinske kvaternære sulfid -nanobelter

Kobberbaserede kvaternære sulfid-nanomaterialer, især for Cu-Zn-In-S (CZIS) og Cu-Zn-Ga-S (CZGS), som består af giftfri elementer er attraktive kandidater til solfotokatalytisk brintproduktion på grund af deres afstembare båndgap, god kemisk og termisk stabilitet, miljømæssig godhed, og let syntese fra rigelige og billige udgangsmaterialer. Desværre, den lave elektriske ledningsevne, hurtig rekombinationshastighed af fotogenererede elektroner og huller samt de mindre tilgængelige overfladeaktive steder har i høj grad begrænset deres fotokatalytiske ydeevne.

For nylig, forskergruppen ledet af prof. YU Shuhong ved University of Science and Technology i Kina har designet en simpel kolloid metode til at syntetisere enkeltkrystallinske wurtzite CZIS nanobelter, samt de enkelte krystallinske wurtzit-CZGS-nanobelter assisteret med oleylamin og 1-dodecanethiol. Forskningsartiklen med titlen "Enkeltkrystallinske kvaternære sulfid-nanobelter til effektiv sol-til-hydrogen-konvertering, "blev offentliggjort den Naturkommunikation den 15. oktober.

Forskere brugte først den første beregning af princippet densitet funktionel teori (DFT) til at udforske udforske reaktionen Gibbs energi (ΔGH) på (0001), (1010), og (1011) facetter af wurtzit CZIS. Beregningsresultaterne viste, at (0001) facetten havde den mindste bindingsstyrke til atomært brint. Efter Bell-Evans-Polanyi-princippet, forskere forventede, at (0001) facetten var den mest gunstige overflade til fotokatalytisk brintproduktion på CZIS.

Forskere designede derefter en simpel kolloid metode til at syntetisere enkelt krystallinske wurtzit CZIS nanobelter (NB'er), der afslører (0001) facetten, samt de enkelte krystallinske wurtzit CZGS NB'er med den eksponerede (0001) facet assisteret med oleylamin og 1-dodecanethiol. De som forberedte nanobælte fotokatalysatorer viser fremragende sammensætningsafhængige fotokatalytiske præstationer, for CZIS og CZGS nanobelter under bestråling af synligt lys (λ> 420 nm) uden co-katalysator.

Dette arbejde viser betydningen af ​​overfladeteknik af kvaternær sulfidfotokatalysator for at opnå bedre ydeevne. Denne fotokatalysatordesignmetode kan udnyttes til andre halvledermaterialesystemer, derved muliggør nye fotokatalysatorer, der bruger lavpriselementerne til effektivt at katalysere særlige reaktioner.