Przedstawiono technikę syntezy umożliwiającą przygotowanie ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej oraz technikę testowania reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucji H2 oraz produkcji benzaldehydu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Protokół ten obejmuje zarówno syntezę ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej, jak i testy reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucjiH2 oraz produkcji benzaldehydu. Ta heterostruktura ZnCoS/ZnCdS integruje zaletę złącza mieszanego półprzewodnika ZnCdS oraz kokatalityczną funkcję ZnCoS działającą jako rezerwuar elektronów ułatwiający reakcję powierzchniową. Warto zauważyć, że istnienie struktury bliźniaczej krystalicznej w półprzewodniku ZnCdS rzekomo oznacza nano-skalowaną konfigurację bliźniaczej supersieci z alternatywnym układem długodystansowych bliźniaczych płaszczyzn, co daje unikalne połączenie mieszanki wircytów i (WZ/ZB). To złącze międzyfazowe posiada pole elektrostatyczne między zębami, co skutkuje doskonałym separacją i transportem nośników ładunku fotowzbudzonym na powierzchnię próbki, co ułatwia reakcje redoks. Przedstawiamy proste podejście hydrotermalne do przygotowania ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne o strukturze bliźniaczej krystalicznej, gdzie ZnCoS odgrywa kluczową rolę w wychwytywaniu elektronów fotoindukowanych na powierzchni katalizatora. Wykonano spektroskopię reflektancji rozproszonej UV-Vis oraz pomiar fizysorpcji N2 , aby określić odpowiednio zdolność fotoabsorpcji i powierzchnię próbki. Przedstawiono szczegółową konstrukcję produkcji H2 napędzanej energią słoneczną w połączeniu z utlenianiem benzylowym alkoholem oraz internetową chromatografią gazową. ZnCoS/ZnCdS wykazały ogromne wzmocnienie zarówno H2 , jak i benzaldehydu. Systematycznie oceniono korelację między współkatalizatorem ZnCoS a złączami fazowymi WZ/ZB ZnCdS a zachowaniem fotokatalitycznym. To daje nowatorski pomysł optymalizacji projektowania fotokatalizatorów dwufunkcyjnych do wielorakich zastosowań energetycznych.
Wprowadzenie
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 półreak....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Odczynniki i sprzęt użyty w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie fotokatalizatora ZnCoS/ZnCdS
- Synteza współkatalizatora ZnCoS
- Weź zlewkę o pojemności 100 mL, aby zawierać 40 ml roztworu glikolu etylenowego. Wlej 0,22 g Zn(CH3COO)2·2H2O, 0,5 g Co(CH3COO)2,4H 2O oraz 0,3 g CH3CSNH2 do roztworu.
- Poddaj powstały roztwór ultradźwiękowi przez 0,5 godziny, a następnie przez 4 godziny mieszaj w temperaturze otoczenia (25 °C), aby zapewnić całkowite rozpuszczenie prekurs....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Badania morfologiczne prowadzone są za pomocą obrazów wysokorozdzielczej transmisyjnej mikroskopii elektronowej (HRTEM), z wykorzystaniem mikroskopu o wysokiej rozdzielczości wyposażonego w analityczny mikroskop elektronowy o emisji polowej 200 kV. Obrazy mikroskopii transmisyjnej transmisyjnej (HRTEM) przedstawiono na Rysunku 1 dla charakterystyki bliźniaczej struktury krystalicznej ZnCdS i ZnCoS/ZnCdS. Widma dyfuzyjnego odbicia UV-Vis (DRS) są rejestrowane .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Rysunek 1A-C przedstawia obrazy HRTEM nieskazitelnych fotokatalizatorów ZnCdS oraz ZnCoS/ZnCdS. Nieskazitelny ZnCdS wykazuje ziarnistą nanostrukturę złożoną z wysoce krystalicznych nanocząstek. Jak pokazano na Rysunku 1A, obserwuje się odstępy sieci 0,32 nm i 0,36 nm, odpowiadające płaszczyznam kryształów ZB (111) i WZ (100) ZnCdS, odpowiednio24. Wyraźne granice międzyfazowe ZB/WZ z układem sieci lustrzan.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podziękowania
Autorzy pragną podziękować wsparciu finansowemu udzielonemu przez Ministerstwo Szkolnictwa Wyższego (MOHE) Malezji w ramach Programu Grantów Badawczych Fundamentalnych (FRGS) (Nr referencyjny: FRGS/1/2024/TK08/XMU/02/1). Prace te zostały wsparte przez grant PETRONAS-Academia Collaboration Dialogue (PACD 2023), przyznany przez PETRONAS Research Sdn. Bhd. (PRSB). Autorzy pragną podziękować Ministerstwu Nauki, Technologii i Innowacji (MOSTI) Malezji w ramach Funduszu Strategicznych Badań (SRF) (S.22015). Autorzy z wdzięcznością dziękują Agilent Technologies Malaysia Sdn Bhd za ich wkład w zakresie chromatografii. Autorzy pragną również wyrazić uznanie za wsparcie finanso....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Benzylalkohol | Sigma-Aldrich | 402834 | Klasy odczynnikowej ACS, ≥ 99.0% |
| Octan kadmu (Cd(CH3COO)2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | 289159 | Poziom odczynników, 98% |
| Tetrahydrat octanowy kobaltu(II) (Co(CH3COO)2· 4H2O) | Sigma-Aldrich | 403024 | Odczynnik ACS, ≥ 98.0% |
| Glikol etylenowy | Sigma-Aldrich | 102466 | ReagentPlus, ≥ 99% |
| Chromatografia gazowa | Agilent | System 8890 GC | Dostosowane do spersonalizacji, składa się z detektora jonizacji płomieniowej (FID), detektora przewodności cieplnej (TCD), metanizatora, dwóch kolumn MolSieve 5A o siatkach 60/80 oraz trzech kolumn HayeSep Q 80/100 mesh |
| Wysokowydajna chromatografia cieczowa | Agilent | System LC 1260 Infinity II | Składa się z detektora matrycowego fotodiodowego (PAD) oraz Kinetex 2.6 μ m Phenyl-Hexyl 100 & Aring; kolumna |
| Wirówka o wysokich prędkościach | Thermo Fisher Scientific | 75009760 | Sorvall X1R Pro |
| mieszadło magnetyczne | IKA | 3622000 | RET basic |
| Regulator przepływu masowego | Alicat | Seria MC | |
| Azot | Air Liquide | 99,9995% czystości | |
| Piekarnik | Memmert | MMT-UN55 | |
| Hydrat siarczku sodu (Na2S· xH2O) | Sigma-Aldrich | 13468 | ≥ 60% |
| Tioacetamid (CH3CSNH2) | Sigma-Aldrich | 163678 | Klasy odczynnikowej ACS, ≥ 99,0%, solidny |
| Reaktor szkła z trzema szyjkami z górnej części napromieniowania | PTL Glass Aluminium | Dostosowane | |
| Kąpiel ultradźwiękowa | Cole-Parmer | CP/P-08895-15 | |
| Lampa ksenonowa | Pekin-Chiny Edukacja Au-light | CEL-PF300-T6 | |
| Octan (Zn(CH3COO)2· 2H2O) | Sigma-Aldrich | 383058 | Odczynnik ACS, ≥ 98.0% |
Bibliografia
- 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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
