Räumliche Trennung von Kokatalysatoren auf Z-Schema organisch/anorganischen Heterostruktur-Hohlkugeln zur Verbesserung der photocatalytischen H2-Evolution und eingehenden Analyse des Ladungstransfermechanismus

Eine Z-Schema-Heterojunktion mit räumlich getrennten Kokatalysatoren wird vorgeschlagen, um grundlegende Probleme bei der photocatalytischen Wasserspaltung zu überwinden, wie ineffiziente Lichtabsorption, Ladungsrekombination und langsame Reaktionskinetik. Zur effizienten Lichtabsorption und interfacialen Ladungstrennung werden Z-Schema organisch/anorganische Heterojunktions-Photokatalysatoren hergestellt, indem ultradünnes g-C3 N4 durch elektrostatische Wechselwirkungen fest auf der Oberfläche von TiO2-Hohlkugeln immobilisiert wird. Darüber hinaus sind zwei Kokatalysatoren, Pt und IrOx, entlang des Z-Schema-Ladungstransferpfades räumlich getrennt, um die Oberflächenladungstrennung und die Reaktionskinetik zu verbessern. Der hergestellte Pt/g-C3 N4 /TiO2 /IrOx (PCTI) Hohlkugel-Photokatalysator weist eine außergewöhnliche H2-Evolutionsrate von 8,15 mmol h-1 g-1 und einen bemerkenswerten scheinbaren Quantenwirkungsgrad von 24,3 % bei 330 nm im Beisein von 0,5 Gew.% Pt und 1,2 Gew.% IrOx Kokatalysatoren auf g-C3 N4 und TiO2. Fotounterstützte Kelvin-Probenkraftmikroskopie wird verwendet, um den Z-Schema-Ladungstransfermechanismus innerhalb von PCTI systematisch zu analysieren. Darüber hinaus werden die Vorteile der räumlichen Trennung von Kokatalysatoren im PCTI-System systematisch im Vergleich zur zufälligen Ablagerung untersucht. Diese Arbeit zeigt ausreichend, dass die Kombination aus einer Z-Schema-Heterojunktion und räumlich getrennten Kokatalysatoren eine vielversprechende Strategie für die Entwicklung von Hochleistungs-Photokatalyseplattformen zur Solarstoffproduktion sein kann.