Synthèse et évaluations des performances de ZnCoS/ZnCdS avec structure à deux cristaux pour la photocatalyse redox multifonctionnelle dans les applications énergétiques

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

doi:10.3791/68828

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Article de méthode

Synthèse et évaluations des performances de ZnCoS/ZnCdS avec structure à deux cristaux pour la photocatalyse redox multifonctionnelle dans les applications énergétiques

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DOI :

10.3791/68828

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25 juillet 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

Dans cet article

Résumé

Une technique de synthèse pour préparer le photocatalyseur ZnCoS/ZnCdS sensible à la lumière visible avec une structure cristalline jumelle et la technique d’essai de réaction photoredox de son activité photocatalytique et de sa sélectivité dans l’évolution de_H2 et la production de benzaldéhyde est présentée.

Résumé

Ce protocole présente à la fois la synthèse du photocatalyseur ZnCoS/ZnCdS sensible à la lumière visible avec une structure cristalline jumelle et le test de réaction photoredox de son activité photocatalytique et de sa sélectivité dans l’évolution de_H2 et la production de benzaldéhyde. Cette hétérostructure ZnCoS/ZnCdS intègre l’avantage de la jonction en phase mixte du semi-conducteur ZnCdS et la fonction cocatalytique du ZnCoS agissant comme un réservoir d’électrons pour faciliter la réaction de surface. Notamment, l’existence d’une structure cristalline jumelle au sein d’un semi-conducteur ZnCdS présenterait une configuration de super-réseau jumeau à l’échelle nanométrique avec un arrangement alternatif de plans jumelés ordonnés à longue portée, ce qui donne lieu à une jonction interphase unique wurtzite/blende de zinc (WZ/ZB). Cette jonction interphasique possède un champ électrostatique interfacial, ce qui permet une excellente séparation des porteurs de charge photoexcités et un transport à la surface de l’échantillon, facilitant ainsi les réactions d’oxydoréduction. Nous rapportons une approche hydrothermale facile pour préparer le ZnCoS/ZnCdS sensible à la lumière visible avec une structure à deux cristaux, où le ZnCoS joue un rôle crucial dans la capture des électrons photoinduits à la surface du catalyseur. La spectroscopie de réflectance diffuse UV-Vis et la mesure de la physisorption N₂ ont été effectuées pour déterminer la capacité de photoabsorption et la surface de l’échantillon, respectivement. Une configuration détaillée de la production d’H2 à l’énergie solaire, associée à l’oxydation de l’alcool benzylique et à une chromatographie en phase gazeuse en ligne a été démontrée. Le ZnCoS/ZnCdS a montré une énorme amélioration de la formation de_H2 et de benzaldéhyde. La corrélation entre le co-catalyseur ZnCoS et les jonctions de phase WZ/ZB du ZnCdS envers le comportement photocatalytique a été systématiquement évaluée. Cela donne naissance à une idée novatrice pour optimiser la conception de photocatalyseurs à double fonction pour des applications énergétiques multiples.

Introduction

La photosynthèse artificielle, qui exploite l’énergie solaire pour la production de carburants chimiques, est apparue comme une stratégie prometteuse dans les systèmes d’énergie renouvelable, offrant une voie verte et durable vers un avenir à faible émission de carbone ^1,2. Malgré un intérêt académique et industriel important pour l’évolution de l’hydrogène (_H2) par l’énergie solaire via la séparation de l’eau pour la production d’hydrogène vert, sa mise en œuvre pratique reste limitée par des défis majeurs, notamment des surpotentiels élevés, une recombina....