Viene presentata una tecnica di sintesi per preparare lo ZnCoS/ZnCdS sensibile alla luce visibile con fotocatalizzatore a doppia struttura cristallina e la tecnica di test della reazione fotoredox della sua attività fotocatalitica e selettività nell'evoluzione dell'H2 e nella produzione di benzaldeide.
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Articolo metodologico
Sintesi e valutazioni delle prestazioni di ZnCoS/ZnCdS con struttura a cristalli gemelli per fotocatalisi redox multifunzionale in applicazioni energetiche
In questo articolo
Sommario
Abstract
Questo protocollo presenta sia la sintesi del fotocatalizzatore ZnCoS/ZnCdS sensibile alla luce visibile con struttura cristallina gemella, sia il test di reazione fotoredox della sua attività fotocatalitica e selettività nell'evoluzione di H2 e nella produzione di benzaldeide. Questa eterostruttura ZnCoS/ZnCdS integra il vantaggio della giunzione in fase mista del semiconduttore ZnCdS e la funzione cocatalitica di ZnCoS che funge da serbatoio di elettroni per facilitare la reazione superficiale. In particolare, l'esistenza di una struttura cristallina gemella all'interno di un semiconduttore ZnCdS presenta presumibilmente una configurazione di superreticolo gemello su scala nanometrica con una disposizione alternativa di piani gemelli ordinati a lungo raggio, che dà origine a una giunzione interfase unica wurtzite/blenda di zinco (WZ/ZB). Questa giunzione interfase possiede un campo elettrostatico interfacciale, che si traduce in un'eccellente separazione del portatore di carica fotoeccitato e nel trasporto sulla superficie del campione, facilitando così le reazioni redox. Riportiamo un approccio idrotermale facile per preparare lo ZnCoS/ZnCdS sensibile alla luce visibile con struttura cristallina gemella, dove lo ZnCoS svolge un ruolo cruciale nella cattura di elettroni fotoindotti sulla superficie del catalizzatore. La spettroscopia di riflettanza diffusa UV-Vis e la misurazione del fisisorbimento N2 sono state condotte per determinare rispettivamente la capacità di fotoassorbimento e l'area superficiale del campione. È stata dimostrata una configurazione dettagliata della produzione di H2 guidata dal sole accoppiata con l'ossidazione dell'alcol benzilico e una gascromatografia in linea. Lo ZnCoS/ZnCdS ha mostrato un enorme miglioramento sia nella formazione di H2 che di benzaldeide. La correlazione tra il co-catalizzatore ZnCoS e le giunzioni di fase WZ/ZB di ZnCdS verso il comportamento fotocatalitico è stata valutata sistematicamente. Questo dà vita a una nuova idea per ottimizzare la progettazione di fotocatalizzatori a doppia funzione per molteplici applicazioni energetiche.
Introduzione
La fotosintesi artificiale, che sfrutta l'energia solare per la produzione di combustibili chimici, è emersa come una strategia promettente all'interno dei sistemi di energia rinnovabile, offrendo un percorso verde e sostenibile verso un futuro a basse emissioni di carbonio 1,2. Nonostante il significativo interesse accademico e industriale per l'evoluzione dell'idrogeno (H2) guidato dal sole attraverso la scissione dell'acqua per la produzione di idrogeno verde, la sua implementazione pratica rimane limitata da sfide chiave, tra cui gli elevati sovrapotenz....
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Protocollo
I reagenti e le attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Preparazione del fotocatalizzatore ZnCoS/ZnCdS
- Sintesi di un co-catalizzatore ZnCoS
- Prelevare un becher da 100 mL per contenere 40 mL di soluzione di glicole etilenico. Versare nella soluzione 0,22 g di Zn(CH3COO)2·2H2O, 0,5 g di Co(CH3COO)2·4H2O e 0,3 g di CH3CSNH2 .
- Sottoporre la soluzione risultante a un trattamento a ultrasuoni per 0,5 ore, seguito d....
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Risultati
Gli studi morfologici sono condotti utilizzando immagini di microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM), con l'impiego di un microscopio ad alta risoluzione installato con un microscopio elettronico analitico a emissione di campo da 200 kV. Le immagini di microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM) sono mostrate nella Figura 1 per la caratterizzazione della struttura cristallina gemella di ZnCdS e ZnCoS/ZnCdS. Gli.......
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Discussione
La Figura 1A-C mostra le immagini HRTEM dei fotocatalizzatori incontaminati di ZnCdS e ZnCoS/ZnCdS. Lo ZnCdS incontaminato presenta una nanostruttura granulare composta da nanoparticelle altamente cristalline. Come mostrato nella Figura 1A, si osservano spaziature reticolari di 0,32 nm e 0,36 nm, corrispondenti ai piani cristallini ZB (111) e WZ (100) di ZnCdS, rispettivamente2.......
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Ringraziamenti
Gli autori desiderano riconoscere il sostegno finanziario fornito dal Ministero dell'Istruzione Superiore (MOHE) della Malesia nell'ambito del Fundamental Research Grant Scheme (FRGS) (Rif. n.: FRGS/1/2024/TK08/XMU/02/1). Questo lavoro è stato sostenuto dalla sovvenzione PETRONAS-Academia Collaboration Dialogue (PACD 2023), fornita da PETRONAS Research Sdn. Bhd. (PRSB). Gli autori desiderano ringraziare il Ministero della Scienza, della Tecnologia e dell'Innovazione (MOSTI) della Malesia nell'ambito del Fondo strategico per la ricerca (SRF) (S.22015). Gli autori ringraziano Agilent Technologies Malaysia Sdn Bhd per il loro contributo ....
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Alcol benzilico | Sigma-Aldrich | 402834 | Grado reagente ACS, ≥ 99.0% |
| Diidrato di acetato di cadmio (Cd(CH3COO)2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | 289159 | Grado reagente, 98% |
| Tetraidrato di acetato di cobalto(II) (Co(CH3COO)2· 4H2O) | Sigma-Aldrich | 403024 | Reagente ACS, ≥ 98.0% |
| Glicole etilenico | Sigma-Aldrich | 102466 | ReagentPlus, ≥ 99% |
| Gascromatografia | Agilent | Sistema 8890 GC | Personalizzato, comprende un rivelatore di ionizzazione a fiamma (FID), un rivelatore di conducibilità termica (TCD), un methanizzatore, due colonne MolSieve 5A 60/80 mesh e tre colonne HayeSep Q 80/100 mesh |
| Cromatografia liquida ad alte prestazioni | Agilent | Sistema LC 1260 Infinity II | Consiste in rivelatore a array di fotodiodi (PAD) e Kinetex 2.6 & mu; m Fenil-Hexil 100 & Aring; colonna |
| Centrifuga ad alta velocità | Thermo Fisher Scientific | 75009760 | Sorvall X1R Pro |
| Agitatore magnetico | IKA | 3622000 | RET base |
| Regolatore di portata massica | Alicat | Serie MC | |
| Azoto | Air Liquide | 99,9995% di purezza | |
| Forno | Memmert | MMT-UN55 | |
| Solfuro di sodio idrato (Na2S· xH2O) | Sigma-Aldrich | 13468 | ≥ 60%, scala |
| Tioacetamide (CH3CSNH2) | Sigma-Aldrich | 163678 | Grado reagente ACS, ≥ 99,0%, solido |
| Reattore di vetro a tre colli per irradiazione superiore | PTL Glass Aluminium | Personalizzato | |
| Bagno ultrasonicatore | Cole-Parmer | CP/P-08895-15 | |
| Lampada allo xeno | Pechino Cina Istruzione Au-light | CEL-PF300-T6 | |
| Acetato di zinco diidrato (Zn(CH3COO)2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | 383058 | Reagente ACS, ≥ 98.0% |
Riferimenti
- Wong, K. J., Foo, J. J., Siang, T. J., Ong, W. J. Shining light on carbon aerogel photocatalysts: Unlocking the potentials in the quest for revolutionizing solar-to-chemical conversion and environmental remediation. Adv Funct Mater. 33 (50), 2306014(2023).
- Wong, K. J., Foo, J. J., Siang, T. J., Ong, W. J.
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Ristampe e permessi
