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学术 2024-11-07 17:45 广东

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研究概述

2024年11月5日，四川轻化工大学Aize Hao在国际期刊Advanced Functional Materials发表题为《S-Scheme Heterojunction Engineering of CdS/Bi₂WO₆ in Breakthrough Piezocatalytic Nitrogen Reduction and Hydrogen Evolution: Performance, Mechanism, and DFT Calculations》的研究论文。

在这里，研究人员首次开发了一种新型钨酸铋和硫化镉（CdS/Bi₂WO₆）阶梯式（S-型）异质结构压电催化剂。

研究表明，该催化剂展现出优异的压电催化氮还原反应活性（1.37 mmol L^-1 g^-1h^-1），与纯CdS（0.06 mmol L^-1 g^-1 h^-1）和裸露的Bi₂WO₆（0.45 mmol L^-1 g^-1 h^-1）相比，分别提高了近23倍和3倍，远远优于先前报道的压电催化剂和压电光催化剂。

同时，这种催化剂还具有出色的压电催化析氢反应速率，达到1.02 mmol g^-1 h^-1。

相关实验和密度泛函理论（DFT）计算结果表明，CdS/Bi₂WO₆优异的催化能力主要归因于S-型异质结的构建，该异质结极大提高了压电性能，增强了电荷载流子的分离效率和氧化还原能力，调节了电子结构，优化了反应动力学过程，降低了反应势垒，并诱导出更多的活性位点。

此外，研究人员还提出了CdS/Bi₂WO₆ S型异质结的新压电催化机理。

这项研究扩展了S-型异质结在可持续能源压电催化中的应用，并为设计高效的压电催化系统提供了见解。

图文解读

图1：CdS/Bi₂WO₆异质结结的晶体结构和电子状态

图2：CdS/Bi₂WO₆在氮还原和析氢反应中的压电催化活性

图3：基于DFT计算的5%应变条件下压电催化剂的机理

文献信息

S-Scheme Heterojunction Engineering of CdS/Bi₂WO₆ in Breakthrough Piezocatalytic Nitrogen Reduction and Hydrogen Evolution: Performance, Mechanism, and DFT Calculations, Advanced Functional Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adfm.202413217.

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