W₁₈O₄₉/铝掺杂SrTiO₃ S型异质结在LSPR效应辅助下实现全光谱太阳光驱动的光催化产氢

摘要

开发具有全光谱响应的高效光催化剂用于制氢具有重要意义。为了实现全光谱太阳光驱动的光催化，W₁₈O₄₉由于局域表面等离子体共振（LSPR）效应，在捕获可见光和近红外（NIR）光方面表现良好。然而，W₁₈O₄₉的光催化产氢活性非常低，需要进行改性。在本研究中，采用简单的原位溶剂热合成方法制备了Al掺杂的SrTiO₃（ASTO）/W₁₈O₄₉ S型异质结。得益于更强的载流子分离、更快的电子传输和强大的氧化还原能力，10%ASTO/W₁₈O₄₉ S型异质结表现出最高的全光谱太阳光驱动光催化产氢速率，分别是纯ASTO和W₁₈O₄₉的17.5倍和27.6倍。W₁₈O₄₉中丰富的氧空位产生的LSPR效应将光吸收范围扩展到NIR区域，显著提高了其对全光谱太阳光的利用效率。此外，由于W₁₈O₄₉的LSPR效应，它可以产生等离子体高能“热电子”，并使其转移到ASTO/W₁₈O₄₉异质结中ASTO的导带（CB），从而促进光生载流子的分离和迁移，并大大增加ASTO的CB上参与光催化产氢反应的光生电子和“热电子”的数量，与单一组分的W₁₈O₄₉和ASTO相比，表现出优异的光催化产氢性能。

关键词

S型异质结 / 光催化产氢 / 局域表面等离子体共振效应 / W₁₈O₄₉ / 铝掺杂SrTiO₃

基金资助

国家自然科学基金(21403184); 中国江苏省高校自然科学研究基金(22KJA430008)资助