S型ZnO/CdIn₂S₄光催化剂制备H₂O₂偶联苄胺氧化的超快电子转移飞秒吸收光谱研究

摘要

光催化合成过氧化氢（H₂O₂）是一种至关重要的清洁能源转化过程,涉及对氧气的两电子还原。然而,这一过程常常受限于缓慢的水氧化反应,后者需要光生空穴的参与。为了应对此挑战,我们设计了一种双功能的S型ZnO/CdIn₂S₄异质结体系,将H₂O₂生成与增值的苄胺（BA）氧化反应进行耦合。在此双功能光催化系统中,CdIn₂S₄中的光生电子可以高效地还原O₂生成H₂O₂,而ZnO中的光生空穴则选择性地将BA氧化为N-亚苄基苄胺。得益于S型异质结的优势,相比于纯ZnO或CdIn₂S₄,优化后的ZnO/CdIn₂S₄光催化剂展示出显著更高的H₂O₂生成速率(386μmol·L^-1·h^-1)和BA转化率（81%）。飞秒瞬态吸收光谱（fs-TA）结果说明,ZnO/CdIn₂S₄复合材料在光的激发下,在ZnO导带（CB）和CdIn₂S₄价带（VB）之间发生超快S型电子转移。此外,ZnO的VB空穴和CdIn₂S₄的CB电子的及时消耗,有助于加速ZnO/CdIn₂S₄ S型异质结界面中的电荷转移。本文中ZnO/CdIn₂S₄S型光催化体系的创新设计为高效的双功能异质结光催化系统的开发提供了新的思路,并引入了一种利用fs-TA光谱研究S型异质结的新方法。

关键词

光催化产H₂O₂ / S型异质结 / 选择性苄胺氧化 / fs-TA光谱 / 电子转移动力学