Sztuczna fotosynteza, która wykorzystuje energię słoneczną do produkcji paliw chemicznych, stała się obiecującą strategią w systemach odnawialnych źródeł energii, oferując zieloną i zrównoważoną drogę do niskoemisyjnej przyszłości 1,2. Pomimo znacznego zainteresowania naukowego i przemysłowego ewolucją wodoru napędzanego słońcem (H2) poprzez rozszczepianie wody do produkcji zielonego wodoru, jego praktyczne wdrożenie pozostaje ograniczone przez kluczowe wyzwania, takie jak wysokie nadpotencjały, szybka rekombinacja fotogenerowanych nośników ładunku oraz powolna kinetyka oksydacyjnej półreakcji3. W tym kontekście reakcja fotoredoksowa obejmująca ewolucję wodoru i utlenianie alkoholem benzylowym (BA) zyskała ostatnio uwagę jako obiecujące podejście do skutecznego wykorzystania fotoindukowanych nośników ładunku 4,5,6. W tym układzie protony są redukowane, aby uzyskać czyste paliwoH2, natomiast BA jest selektywnie utleniany, aby uzyskać produkt o wartości dodanej benzaldehyd (BAD)7,8. W związku z tym opracowanie wydajnego, dwufunkcyjnego, heterogenicznego fotokatalizatora, zdolnego jednocześnie ułatwiać konsumpcję fotogenerowanych elektronów i, jest kluczowe dla realizacji wysokowydajnego kooperacyjnego systemu fotoredoksowego 9,10,11,12.
Półprzewodniki siarczkowe metali, szczególnie trójrzędne roztwory stałe siarczku (ZnCdS), były szeroko badane pod kątem zastosowań fotokatalitycznych ze względu na ich regulowane położenie przerwy pasmowej i krawędzi pasma, silne pochłanianie światła widzialnego oraz wysoką odporność na fotokorozję13,14. Warto zauważyć, że kompozyty ZnCdS o podwójnej strukturze krystalicznej złożonej z dwóch odrębnych faz krystalicznych, mieszaniny (ZB) i wurtzitu (WZ), zyskały ostatnio znaczną uwagę ze względu na potencjał do poprawy właściwości fotokatalitycznych. Złącze międzyfazowe WZ/ZB w kompozytach ZnCdS posiada pole elektrostatyczne między zębami, które znacząco zwiększa rozdzielanie i transport fotogenerowanych nośników ładunku na powierzchnię katalizatora, co sprzyja reakcjom redoks15. Niemniej jednak kompozyty ZnCdS z połączeniami międzyfazowymi WZ/ZB nadal napotykają wyzwanie szybkiej rekombinacji fotowzbudzonych par elektron-, co negatywnie wpływa na ich ogólną wydajność fotokatalityczną16. Wśród różnych strategii ulepszania, zastosowanie współkatalizatorów wyłoniło się jako obiecujące i proste podejście do poprawy fotokatalitycznej wydajności półprzewodników opartych na ZnCdS poprzez ułatwienie bardziej efektywnego rozdzielania i przenoszenia fotoindukowanych nośników ładunku 17,18,19. Ostatnio materiał ZnCoS był szeroko badanych w superkondensatorach20, elektrokatalizie21 oraz bateriach22 ze względu na doskonałą stabilność strukturalną i przewodność elektryczną. Na tej podstawie opracowano fotokatalizator ZnCoS/ZnCdS o optymalnych właściwościach optoelektronicznych, wykorzystując wyraźne zalety efektywnego separacji par elektron-indukowanego fotoindukcją, odpowiadając na potrzeby zrównoważonych zastosowań energetycznych i środowiskowych.
W niniejszej pracy przedstawiamy kompleksowy protokół syntezy i zastosowania fotokatalizatora ZnCoS/ZnCdS, mający na celu wsparcie nowych badaczy w dziedzinie fotoredoksowej podwójnej katalizy. W szczególności 20 mg fotokatalizatora ZnCoS/ZnCdS rozpuszcza się w 60 mL alkoholu benzylowego w roztworze wodnym (1,8 mL alkoholu benzylowego) i następnie wystawia na działanie źródła światła ksenonowego o natężeniu światła 84,6 mW cm-2. Dodatkowo badanie to oferuje szczegółową demonstrację analizy produktu związanej z podwójnymi reakcjami fotoredoks. Dalsze informacje dostępne są w naszym niedawno opublikowanym artykule23.