红磷纳米颗粒嵌入花状CeO₂分级S型异质结高效光催化产氢

摘要

利用两种能带结构相匹配的半导体设计异质结，是实现太阳能驱动光催化制氢的重要策略之一。特别是S型异质结能够显著加速光生载流子的空间分离和迁移，同时保持较强的氧化还原能力。本文采用化学气相沉积工艺成功合成了红磷（RP）修饰的CeO₂（CeO₂/RP）的分级S型复合材料。在模拟太阳光照射下，优化的CeO₂/RP S型异质结表现出了高效的光催化产氢速率，达到297.8μmol·h^-1·g^-1，分别是纯CeO₂和RP的8.8倍和5.7倍。这种高效的光催化制氢能力主要归因于界面上P-O-Ce键的存在，提供了有效的电荷转移通道，以及CeO₂和RP之间形成的内置电场。光生电荷转移路径遵循S型机制，内建电场促使CeO₂导带上的光生电子与RP价带上的光生空穴复合，从而使具有较高氧化还原电位的光生电子和空穴分别保留在RP的导带和CeO₂的价带上。这项工作为开发具有优异光催化制氢性能的S型异质结光催化系统提供了新的见解和方法。

关键词

红磷 / 二氧化铈 / S型异质结 / 产氢 / 光催化

基金资助

国家自然科学基金(22378219,52102362,52302097);; 山东省泰山学者(ts201712030,tsqn201909102,tstp20230665);; 山东省自然科学基金(ZR2021QB022,ZR2021ME012,ZR2022QE036);; 山东省高校青年创新团队科技支持计划(2023KJ225)资助