La conversión de energía solar de agua en H2 mediante fotocatálisis se considera un enfoque prometedor para la producción de H2. Sin embargo, la eficiencia de separación de los portadores de carga es la clave para mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno fotocatalítico. Un estudio reciente revela que los nanotubos porosos de doble capa con superficies fotorredox espacialmente separadas se sintetizaron mediante una estrategia de auto-plantilla y muestran una actividad fotocatalítica mejorada hacia la producción de hidrógeno.

El papel, titulado "Síntesis de plantilla propia de nanotubos porosos de doble capa con superficies fotorredox separadas espacialmente para una producción eficiente de hidrógeno fotocatalítico, "fue publicado en Boletín de ciencia por el Prof. Bin Zhang de la Universidad de Tianjin. Los autores sintetizaron nanotubos porosos de doble capa ZnS @ CdS con superficies fotoredox separadas espacialmente, que se realizaron mediante el uso de nanovarillas de ZnO (NR) como plantillas a través de reacciones de intercambio aniónico / catiónico de interfaz secuencial y grabado con plantilla. La deposición de foto-reducción de nanopartículas de Ni y la deposición de fotooxidación de nanopartículas de CoOx se distribuyeron en la superficie exterior y la superficie interior de la cáscara de ZnS @ CdS, respectivamente, sugiriendo los sitios de reacción fotoredox separados espacialmente en el caparazón de doble capa ZnS @ CdS, logrando una actividad fotocatalítica altamente mejorada.

Con el estallido de la crisis energética en los últimos años, el desarrollo de nueva energía es muy importante. Se prevé que la conversión de agua en H2 a través de la energía solar mediante fotocatálisis sea un enfoque atractivo para la producción de H2. Sin embargo, la eficiencia de separación de los portadores de carga es la clave para mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno fotocatalítico. La carga de cocatalizadores es una estrategia eficaz para promover la separación de cargas y crear sitios de reacción redox en la superficie. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los cocatalizadores distribuidos aleatoriamente en la superficie de los fotocatalizadores dieron como resultado una dirección de flujo aleatoria de portadores de carga fotogenerados con una alta probabilidad de recombinación. El diseño racional de fotocatalizadores nanoestructurados huecos, con sitios de reacción de foto-reducción y foto-oxidación separados espacialmente en diferentes superficies (superficies internas o externas), respectivamente, es una estrategia prometedora. Sin embargo, Estos fotocatalizadores siempre están restringidos a esferas huecas con estructura de extremos cerrados que aumentan la resistencia a la difusión de masa, y el alto costo de las nanopartículas de Pt utilizadas como colector de electrones limita su aplicación práctica.

Aquí en, el grupo de Zhang informó sobre una estrategia de auto-plantilla para la síntesis diseñada racionalmente de nanotubos porosos (PNT) de ZnS @ CdS de doble capa con una estructura abierta. La fabricación de una heteroestructura delgada confiere a los fotocatalizadores superficies de reacción de oxidación y reducción separadas espacialmente. La pared mesoporosa y la cavidad macroporosa en los productos convertidos permiten la penetración de la luz visible y múltiples reflejos dentro de la cavidad. para la utilización eficiente de la irradiación solar. La existencia de vacantes de Zn (VZn) en la capa interna de ZnS indica que la energía puede actuar como aceptora de huecos de CdS. Y la banda de conducción (CB) de CdS está por debajo de la CB de ZnS, que puede inducir el enriquecimiento de electrones fotogenerados en la capa externa de CdS. Después de la fotodeposición selectiva de Ni y CoOx como cocatalizadores duales, Las nanopartículas de Ni como colectores de electrones y sitios de reacción de reducción se cargan en la capa exterior, mientras que las nanopartículas de CoOx como colectores de agujeros y sitios de reacción de oxidación se cargan en la capa interna. Como resultado, Se obtuvo un nuevo fotocatalizador CoOx / ZnS @ CdS / Ni que mostró una alta actividad de producción de hidrógeno fotocatalítico impulsada por la luz visible debido al efecto sinérgico de las heterouniones mesoporosas delgadas derivadas de la propia plantilla y los cocatalizadores duales separados espacialmente derivados de la fotodeposición. , lo que puede proporcionar una fuerza impulsora significativa para la transferencia ordenada de electrones y huecos fotogenerados hacia la dirección opuesta y promover la reacción catalítica de la superficie.