Kunstmatige fotosynthese, waarbij zonne-energie wordt gebruikt voor de productie van chemische brandstoffen, is naar voren gekomen als een veelbelovende strategie binnen hernieuwbare energiesystemen en biedt een groen en duurzaam pad naar een koolstofarme toekomst 1,2. Ondanks de aanzienlijke academische en industriële belangstelling voor de evolutie van waterstof op zonne-energie (H2) via watersplitsing voor de productie van groene waterstof, blijft de praktische implementatie ervan beperkt door belangrijke uitdagingen, waaronder hoge overpotentialen, snelle recombinatie van fotogegenereerde ladingsdragers en trage kinetiek van de oxidatieve halfreactie3. In deze context heeft de fotoredox dubbele reactie met waterstofevolutie en oxidatie van benzylalcohol (BA) onlangs aandacht gekregen als een veelbelovende benadering voor het effectieve gebruik van foto-geïnduceerde ladingsdragers 4,5,6. In dit systeem worden protonen gereduceerd om schoneH2-brandstof te genereren, terwijl BA selectief wordt geoxideerd om het product benzaldehyde (BAD) met toegevoegde waarde te produceren7,8. Bijgevolg is de ontwikkeling van een efficiënte bifunctionele heterogene fotokatalysator die in staat is om tegelijkertijd het verbruik van fotogegenereerde elektronen en gaten te vergemakkelijken, van cruciaal belang voor het realiseren van een hoogwaardig coöperatief fotoredoxkoppelingssysteem 9,10,11,12.
Metaalsulfide-halfgeleiders, met name ternaire zink-cadmiumsulfide (ZnCdS) vaste oplossingen, zijn uitgebreid bestudeerd voor fotokatalytische toepassingen vanwege hun afstembare bandkloof en bandrandposities, sterke absorptie van zichtbaar licht en hoge weerstand tegen fotocorrosie13,14. Met name ZnCdS-composieten met een dubbele kristalstructuur die bestaat uit twee verschillende kristallijne fasen, zinkblende (ZB) en wurtziet (WZ), hebben onlangs veel aandacht gekregen vanwege hun potentieel om de fotokatalytische prestaties te verbeteren. De WZ/ZB-interfasejunctie in ZnCdS-composieten bezit een grensvlak-elektrostatisch veld dat de scheiding en het transport van fotogegenereerde ladingsdragers naar het katalysatoroppervlak aanzienlijk verbetert, waardoor redoxreacties worden bevorderd15. Desalniettemin staan ZnCdS-composieten met WZ/ZB-interfasejuncties nog steeds voor de uitdaging van snelle recombinatie van foto-geëxciteerde elektron-gatparen, wat een nadelige invloed heeft op hun algehele fotokatalytische prestaties16. Onder de verschillende verbeteringsstrategieën is de integratie van co-katalysatoren naar voren gekomen als een veelbelovende en eenvoudige benadering om de fotokatalytische prestaties van op ZnCdS gebaseerde halfgeleiders te verbeteren door een efficiëntere scheiding en overdracht van foto-geïnduceerde ladingsdragers mogelijk te maken 17,18,19. Onlangs is ZnCoS-materiaal uitgebreid bestudeerd in supercondensatoren20, elektrokatalyse21 en batterijen22 vanwege de uitstekende structurele stabiliteit en elektrische geleidbaarheid. Op deze basis is de ZnCoS/ZnCdS-fotokatalysator met optimale opto-elektronische eigenschappen met succes ontwikkeld door gebruik te maken van de duidelijke voordelen van efficiënte foto-geïnduceerde scheiding van elektronengatparen, om tegemoet te komen aan de behoeften van duurzame energie en milieutoepassingen.
In dit werk presenteren we een uitgebreid protocol voor de synthese en toepassing van de ZnCoS/ZnCdS-fotokatalysator, gericht op het begeleiden van nieuwe onderzoekers op het gebied van dubbele fotoredoxkatalyse. In het bijzonder wordt 20 mg ZnCoS/ZnCdS-fotokatalysator opgelost in 60 ml benzylalcoholoplossing in water (1,8 ml benzylalcohol) en vervolgens blootgesteld aan een xenonlichtbron met een lichtintensiteit van 84,6 mW cm-2. Bovendien biedt deze studie een gedetailleerde demonstratie van productanalyse in verband met fotoredox dubbele reacties. Meer informatie is te vinden in ons onlangs gepubliceerde artikel23.