Искусственный фотосинтез, который использует солнечную энергию для производства химического топлива, стал многообещающей стратегией в системах возобновляемых источников энергии, предлагая зеленый и устойчивый путь к низкоуглеродномубудущему. Несмотря на значительный академический и промышленный интерес к эволюции водорода (H2) с помощью солнечной энергии путем расщепления воды для производства зеленого водорода, его практическая реализация остается ограниченной ключевыми проблемами, включая высокие перенапряжения, быструю рекомбинацию фотогенерируемых носителей заряда и медленную кинетику окислительной полуреакции3. В этом контексте фоторедокс-двойная реакция с выделением водорода и окислением бензилового спирта (БА) в последнее время привлекла внимание как перспективный подход к эффективному использованию фотоиндуцированных носителей заряда 4,5,6. В этой системе протоны восстанавливаются для получения чистого топливаH2, в то время как BA селективно окисляется с образованием продукта с добавленной стоимостью бензальдегида (BAD)7,8. Следовательно, разработка эффективного бифункционального гетерогенного фотокатализатора, способного одновременно облегчать потребление фотогенерируемых электронов и дырок, имеет решающее значение для реализации высокоэффективной кооперативной системы фоторедокс-связи 9,10,11,12.
Полупроводники сульфидов металлов, в частности твердые растворы тройного сульфида цинка-кадмия (ZnCdS), были широко изучены для фотокаталитических применений благодаря их перестраиваемой запрещенной зоне и положению краев зоны, сильному поглощению видимого света и высокой стойкости к фотокоррозии13,14. Примечательно, что композиты ZnCdS с двойной кристаллической структурой, состоящей из двух различных кристаллических фаз, цинковой обманки (ZB) и вюрцита (WZ), в последнее время привлекли значительное внимание благодаря своему потенциалу для улучшения фотокаталитических характеристик. Межфазный переход WZ/ZB в композитах ZnCdS обладает межфазным электростатическим полем, которое значительно усиливает разделение и транспортировку фотогенерируемых носителей заряда на поверхность катализатора, тем самым способствуя окислительно-восстановительным реакциям15. Тем не менее, композиты ZnCdS с межфазными переходами WZ/ZB по-прежнему сталкиваются с проблемой быстрой рекомбинации фотовозбужденных электронно-дырочных пар, что отрицательно сказывается на их общих фотокаталитических характеристиках16. Среди различных стратегий усовершенствования включение кокатализаторов стало многообещающим и простым подходом к улучшению фотокаталитических характеристик полупроводников на основе ZnCdS за счет содействия более эффективному разделению и переносу фотоиндуцированных носителей заряда 17,18,19. В последнее время материал ZnCoS был широко изучен в суперконденсаторах20, электрокатализе21 и батареях22 благодаря его превосходной структурной стабильности и электропроводности. На этой основе был успешно разработан фотокатализатор ZnCoS/ZnCdS с оптимальными оптоэлектронными характеристиками с использованием явных преимуществ эффективного фотоиндуцированного разделения электронно-дырочных пар, удовлетворяя потребности устойчивой энергетики и окружающей среды.
В данной работе мы представляем комплексный протокол синтеза и применения фотокатализатора ZnCoS/ZnCdS, направленный на руководство новыми исследователями в области фоторедокс-двойного катализа. В частности, 20 мг фотокатализатора ZnCoS/ZnCdS растворяют в 60 мл водного раствора бензилового спирта (1,8 мл бензилового спирта) и затем подвергают воздействию ксенонового источника света с интенсивностью света 84,6 мВт см-2. Кроме того, это исследование предлагает подробную демонстрацию анализа продукта, связанного с фоторедокс-двойными реакциями. Более подробную информацию можно найти в нашей недавно опубликованной статье23.