Síntesis y evaluaciones de rendimiento de ZnCoS / ZnCdS con estructura cristalina gemela para fotocatálisis redox multifuncional en aplicaciones energéticas

Tan Ji Siang; Peipei Zhang; Binghui Chen; Wee-Jun Ong

doi:10.3791/68828

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Artículo de método

Síntesis y evaluaciones de rendimiento de ZnCoS / ZnCdS con estructura cristalina gemela para fotocatálisis redox multifuncional en aplicaciones energéticas

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DOI:

10.3791/68828

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25 de julio de 2025

Tan Ji Siang¹^,² , Peipei Zhang³ , Binghui Chen¹^,²^,³ , Wee-Jun Ong¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶

¹School of Energy and Chemical Engineering, Xiamen University Malaysia, ²Center of Excellence for NaNo Energy & Catalysis Technology (CONNECT), Xiamen University Malaysia, ³State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, ⁴Gulei Innovation Institute, Xiamen University, ⁵Shenzhen Research Institute of Xiamen University, ⁶Department of Chemical and Biological Engineering, College of Engineering, Korea University

En este artículo

Resumen

Se presenta una técnica de síntesis para preparar el ZnCoS/ZnCdS sensible a la luz visible con fotocatalizador de estructura cristalina gemela y la técnica de prueba de reacción fotorredox, de su actividad fotocatalítica y selectividad en la evolución de H₂ y la producción de benzaldehído.

Resumen

Este protocolo presenta tanto la síntesis del ZnCoS/ZnCdS sensible a la luz visible con fotocatalizador de estructura cristalina gemela como la prueba de reacción fotorredoxo de su actividad fotocatalítica y selectividad en la evolución del H₂ y la producción de benzaldehído. Esta heteroestructura de ZnCoS / ZnCdS integra la ventaja de unión de fase mixta del semiconductor ZnCdS y la función cocatalítica de ZnCoS que actúa como un depósito de electrones para facilitar la reacción superficial. En particular, la existencia de una estructura cristalina gemela dentro de un semiconductor de ZnCdS supuestamente presenta una configuración de superred gemela a nanoescala con una disposición alternativa de planos gemelos ordenados de largo alcance, lo que da lugar a una unión de interfase única de wurtzita/blenda de zinc (WZ/ZB). Esta unión de interfase posee un campo electrostático interfacial, lo que resulta en una excelente separación y transporte del portador de carga fotoexcitada a la superficie de la muestra, lo que facilita las reacciones redox. Informamos de un enfoque hidrotermal fácil para preparar el ZnCoS / ZnCdS sensible a la luz visible con estructura de cristal gemelo, donde el ZnCoS juega un papel crucial en la captura de electrones fotoinducidos en la superficie del catalizador. Se realizaron espectroscopia de reflectancia difusa UV-Vis y medición de fisisorción N₂ para determinar la capacidad de fotoabsorción y el área de superficie de la muestra, respectivamente. Se demostró una configuración detallada de la producción de H2 impulsada por energía solar junto con la oxidación del alcohol bencílico y una cromatografía de gases en línea. El ZnCoS / ZnCdS exhibió una enorme mejora tanto en la formación de H₂ como de benzaldehído. Se evaluó sistemáticamente la correlación entre el cocatalizador de ZnCoS y las uniones de fase WZ/ZB de ZnCdS hacia el comportamiento fotocatalítico. Esto arroja una idea novedosa para optimizar el diseño de fotocatalizadores de doble función para múltiples aplicaciones energéticas.

Introducción

La fotosíntesis artificial, que aprovecha la energía solar para la producción de combustible químico, se ha convertido en una estrategia prometedora dentro de los sistemas de energía renovable, que ofrece un camino verde y sostenible hacia un futuro con bajas emisiones de carbono ^1,2. A pesar del importante interés académico e industrial en la evolución del hidrógeno (H₂) impulsado por la energía solar a través de la división del agua para la producción de hidrógeno verde, su implementación práctica sigue estando limitada por desafíos clave, incluidos los a....