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島津XPS用戶成果分享——原位光照XPS表征新型Ti?C?納米片/Cd?.?Zn?.?S納米棒復合光催化劑
能源問題的持續(xù)惡化已成為限制人類發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。對可再生能源有效利用的關(guān)鍵在于尋找一種能量轉(zhuǎn)化和儲存的可行方案。由太陽能驅(qū)動的水分解產(chǎn)氫通常被認為是一種有前途的方法。自1972年Fujishima和Honda關(guān)于在二氧化鈦電極上光催化分解水產(chǎn)氫的首次報告以來,研究人員廣泛研究了高效穩(wěn)定的水分解光催化劑。其中金屬硫化物以其獨特的物理化學特性受到了廣泛關(guān)注。
成果簡介 原位生長新型Ti3C2納米片/Cd0.5Zn0.5S納米棒復合光催化劑促進高效光解水產(chǎn)氫
復旦大學戴維林教授課題組設(shè)計了一種新型Ti3C2納米片/Cd0.5Zn0.5S納米棒復合光催化劑,并使用原位光照XPS(X射線光電子能譜)對該材料催化反應機理進行了分析,為高效光解水產(chǎn)氫催化劑的構(gòu)筑提供了一種可行方案。島津參與了該項研究工作,相關(guān)合作成果已發(fā)表于物理化學領(lǐng)域知名SCI期刊《Acta Phys. -Chim. Sin.》(IF=10.9)。研究工作通過原位水熱方法構(gòu)筑了Ti3C2納米片/Cd0.5Zn0.5S納米棒二元復合材料,材料接觸界面間形成了肖特基異質(zhì)結(jié)。光催化產(chǎn)氫活性測試表明Ti3C2/Cd0.5Zn0.5S復合材料(以下簡稱MX/CZS)在可見光下的光催化產(chǎn)氫效率是純Cd0.5Zn0.5S(以下簡稱CZS)的2.56倍。
圖1是MX/CZS復合材料與純CZS的各元素高分辨XPS譜圖。復合后結(jié)合能相比于純物質(zhì)的結(jié)合能移動說明復合材料間存在電子轉(zhuǎn)移作用,一般失去電子的一方結(jié)合能升高,反之降低。圖1(a-c)中,與純CZS相比,MX/CZS的Zn 2p、Cd 3d、S 2p結(jié)合能位置均升高。相應地,與純MXene相比,C 1s中C-Ti峰以及Ti 2p中Ti-C 峰的結(jié)合能位置均有所降低。以上結(jié)果表明MX/CZS復合材料中電子由CZS轉(zhuǎn)移至Ti3C2 MXene表面。
圖1. MX/CZS復合材料、MXene和CZS的(a) Zn 2p,(b) Cd 3d,(c) S 2p,(d) Ti 2p,(e) C 1s高分辨率XPS譜圖
由于真實反應在光照下進行,故進一步采用原位光照XPS用于探索CZS和Ti3C2 MXene之間的電荷轉(zhuǎn)移。圖2展示了原位光照XPS的結(jié)果,與黑暗條件相比,Cd 3d、Zn 2p、S 2p峰的結(jié)合能在光照條件下分別正向移動了0.4、0.5、0.4 eV。同時,Ti 2p 峰的結(jié)合能在可見光照射下負向移動0.2 eV。上述結(jié)果證實在原位光照條件下,光催化劑中的光生電子會從CZS向Ti3C2 MXene轉(zhuǎn)移。這些常規(guī)XPS及原位XPS實驗結(jié)果有力的證明了我們通過其他手段推測的反應機理。
圖2. MX/CZS的 (a) Cd 3d,(b) Zn 2p,(c) S 2p和(d) Ti 2p的高分辨率原位光照XPS譜圖
儀器介紹
全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于研發(fā)與制造,兼?zhèn)涓?/span>分辨采譜和快速平行成像功能的多技術(shù)型 X 射線光電子能譜(圖2)。
· 便捷性:集樣品全自動傳輸、全自動分析、智能數(shù)據(jù)采集處理于一體,體現(xiàn)了便捷性。
· 優(yōu)異的性能:擁有多種 X 射線源、大半徑雙層能量分析器,杰出的荷電中和技術(shù),使其獲得了優(yōu)異的性能。
· 豐富的擴展性:高能Ag Lα單色X射線源可有效區(qū)分光電子峰和俄歇峰并增加探測深度;搭配適應1000°C高溫、3 MPa高壓及模擬反應氣氛的準原位催化反應池;適合不同波長和功率激光及模擬太陽光實時照射樣品表面,在樣品分析室進行原位光催化反應的光纖系統(tǒng)。
圖2 復旦大學化學系X射線光電子能譜儀
參考文獻:Qin Li, Huihui Zhang, Huajun Gu, Yuanyuan Cui, Ruihua Gao*, Wei-Lin Dai*. Acta Phys. -Chim. Sin., 2024, 40, 2402016.
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