Mejora de la Evolución de Hidrógeno Fotocatalítica por TiO2: Un Enfoque Sinérgico con Cocatalizadores SnS2 y Ti3C2 MXene Ricos en Defectos
Autores: Varadarajan, Saminathan; Kavitha, Andiappan; Selvaraju, Periasamy; Muthu, Sankaran Esakki; Gurushankar, Krishnamoorthy; Shanmugan, Sengottaiyan; Kannan, Karthik
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Mejora de la Evolución de Hidrógeno Fotocatalítica por TiO2: Un Enfoque Sinérgico con Cocatalizadores SnS2 y Ti3C2 MXene Ricos en Defectos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Inducción por foto
Utilización de electrones
Producción de hidrógeno fotocatalítica
SnS2 rico en defectos
Ti3C2 MXene
Separación de carga
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La utilización mejorada de electrones inducidos por luz lleva a una producción fotocatalítica eficiente de hidrógeno. La separación ineficiente de pares de electrones-huecos inducidos por luz ha obstaculizado este proceso. Este estudio introduce un enfoque sinérgico utilizando SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene como cocatalizadores en un proceso hidrotermal de dos pasos para abordar este desafío. Al integrar estos materiales con nanosheets de TiO2, creamos un nuevo compuesto, SnS2/Ti3C2/TiO2 (STT), que aumenta significativamente la evolución fotocatalítica de hidrógeno. El SnS2 rico en defectos proporciona abundantes sitios activos para la generación de hidrógeno, mientras que el Ti3C2 MXene facilita la separación de carga inducida por luz. La combinación sinérgica de la difusión de portadores de carga mejora la absorción de cromóforos, aumentando así la tasa general de producción de hidrógeno fotocatalítico, logrando varios gramos de hidrógeno por hora por gramo de cocatalizadores dobles con vacantes de molibdeno. Las técnicas de caracterización confirman la composición de fase del compuesto (STT). En comparación con el TiO2 virgen y otros compuestos, el compuesto STT, optimizado con un tratamiento hidrotermal a 150 grados C, muestra una tasa de producción de H2 fotocatalítica casi 192 veces mayor que la de TiO2 puro y 6 veces mayor que la de otros compuestos. La presencia de vacantes de molibdeno en SnS2 mejora aún más su actividad específica para la evolución de hidrógeno al suprimir la recombinación de portadores y proporcionar sitios activos adicionales. Además, el Ti3C2 MXene y el SnS2 actúan como cocatalizadores duales, mejorando la conductividad electrónica y la eficiencia de transferencia de electrones. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de combinar SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene para desarrollar fotocatalizadores altamente eficientes y sostenibles para la producción de hidrógeno. El TiO2 se ha cultivado in situ sobre el altamente conductor Ti3C2 MXene, y el SnS2, rico en vacantes de molibdeno, se distribuye uniformemente en el compuesto TiO2/Ti3C2 a través del método hidrotermal de dos pasos. La presencia de vacantes de molibdeno en SnS2 mejora aún más su actividad específica para la evolución de hidrógeno al suprimir la recombinación de portadores y proporcionar sitios activos adicionales. Además, el Ti3C2 MXene y el SnS2 actúan como cocatalizadores duales, mejorando la conductividad electrónica y la eficiencia de transferencia de electrones. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de combinar SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene para desarrollar fotocatalizadores altamente eficientes y sostenibles para la producción de hidrógeno.
Descripción
La utilización mejorada de electrones inducidos por luz lleva a una producción fotocatalítica eficiente de hidrógeno. La separación ineficiente de pares de electrones-huecos inducidos por luz ha obstaculizado este proceso. Este estudio introduce un enfoque sinérgico utilizando SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene como cocatalizadores en un proceso hidrotermal de dos pasos para abordar este desafío. Al integrar estos materiales con nanosheets de TiO2, creamos un nuevo compuesto, SnS2/Ti3C2/TiO2 (STT), que aumenta significativamente la evolución fotocatalítica de hidrógeno. El SnS2 rico en defectos proporciona abundantes sitios activos para la generación de hidrógeno, mientras que el Ti3C2 MXene facilita la separación de carga inducida por luz. La combinación sinérgica de la difusión de portadores de carga mejora la absorción de cromóforos, aumentando así la tasa general de producción de hidrógeno fotocatalítico, logrando varios gramos de hidrógeno por hora por gramo de cocatalizadores dobles con vacantes de molibdeno. Las técnicas de caracterización confirman la composición de fase del compuesto (STT). En comparación con el TiO2 virgen y otros compuestos, el compuesto STT, optimizado con un tratamiento hidrotermal a 150 grados C, muestra una tasa de producción de H2 fotocatalítica casi 192 veces mayor que la de TiO2 puro y 6 veces mayor que la de otros compuestos. La presencia de vacantes de molibdeno en SnS2 mejora aún más su actividad específica para la evolución de hidrógeno al suprimir la recombinación de portadores y proporcionar sitios activos adicionales. Además, el Ti3C2 MXene y el SnS2 actúan como cocatalizadores duales, mejorando la conductividad electrónica y la eficiencia de transferencia de electrones. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de combinar SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene para desarrollar fotocatalizadores altamente eficientes y sostenibles para la producción de hidrógeno. El TiO2 se ha cultivado in situ sobre el altamente conductor Ti3C2 MXene, y el SnS2, rico en vacantes de molibdeno, se distribuye uniformemente en el compuesto TiO2/Ti3C2 a través del método hidrotermal de dos pasos. La presencia de vacantes de molibdeno en SnS2 mejora aún más su actividad específica para la evolución de hidrógeno al suprimir la recombinación de portadores y proporcionar sitios activos adicionales. Además, el Ti3C2 MXene y el SnS2 actúan como cocatalizadores duales, mejorando la conductividad electrónica y la eficiencia de transferencia de electrones. Nuestros hallazgos demuestran el potencial de combinar SnS2 rico en defectos y Ti3C2 MXene para desarrollar fotocatalizadores altamente eficientes y sostenibles para la producción de hidrógeno.