寻求高活性稳定的光催化剂一直是当前领域内的研究热点和共同探索的目标,主要是因为它们在可再生能源和清洁环境方面的应用具有广阔的前景和不可取代的地位。到目前为止,已经探索了许多不同的光催化材料并且已经显示出相对高的光反应活性。然而日趋失衡的能源结构迫使我们在努力探索新型材料之余,还需开发新的策略以提高已知光催化剂的潜在反应活性。基于以上分析,我们对新型的非金属半导体催化剂g-C3N4进行了不同的功能化处理旨在拓展其在可再生能源和清洁环境方面的应用。主要工作内容如下:(1)基于氮缺陷可以极大地影响半导体的电子结构和光生载流子传输的性质并在光催化中起重要作用,本工作选择了一种新型的氢氧化钠辅助途径成功的通过原位尿素热聚合法制备了具有氮缺陷的g-C3N4-x(X)。此外,我们还通过温和简便的方法,在聚合物g-C3N4-x(X)光催化剂的表面上成功地负载了零维NiS2纳米颗粒助催化剂。通过进一步获得的实验数据我们发现g-C3N4-x(0.1)/NiS2光催化剂的表现出相对高的光催化活性,其在连续可见光照射5小时后最大H2产生量达到143.5μmol,其性能分别为原始g-C3N4光催化剂的72倍和g-C3N4/NiS2光催化剂的2倍。这种明显增强的活性归因于光催化剂上的氮缺陷和助催化剂。我们通过一系列表征,如SEM,TEM,XPS,XRD,BET,FTIR,UV-vis漫反射光谱(DRS),光电流和瞬态荧光等证明了我们的推测。此外,提出了在可见光照射下g-C3N4-x(0.1)/NiS2光催化剂的可能反应机理。(2)在碱辅助下通过简单方便、成本低廉的高温热氧化法制备了能带可控的超薄多孔g-C3N4纳米片,紧接着又采用原位生长法将纳米金属间Ni-Bi-Se化合物成功掺杂在其中。在高温热氧化的过程中我们通过调节碱的比例来控制g-C3N4样品的能带位置,而在掺杂的过程中我们通过调节Bi元素的比例控制其导电性。通过实验测试发现具有合适氮缺陷超薄多孔g-C3N4纳米片在Ni-Bi-Se化合物和染料敏化的协同作用下,获得了高效的的光催化析氢活性。此外,除了高氢气产率外,Ni-Bi-Se化合物改性的能带可控的超薄多孔g-C3N4纳米片在光催化制氢过程中非常稳定。一系列表征研究,如SEM,XRD,TEM,EDX,XPS,UV-vis DRS,FTIR,瞬态荧光和电化学等表明由于超薄多孔g-C3N4纳米片合适的能带结构与纳米金属间Ni-Bi-Se化合物独特的电子传输机制的协同作用,使得样品的电荷分离效率和光生电子转移显著提升。基于以上结果,也提出了该体系可能的反应机理。(3)分别使用钴源,磷源和硫源作为供体和g-C3N4纳米片作为底层支撑物或基底,制备了一系列黄铁矿型钴磷化物(CoPS)作为析氢的新型三元催化剂。然后通过改变其原子组分,同时仍然保留黄铁矿结构,通过调节氢吸附自由能,可以改善金属硫属元素化合物的析氢催化活性。正如预期的那样,所得到的CoPS(X)/g-C3N4催化剂具有明显提高的光催化析氢活性,并通过离线产氢系统统计了样品在不同的pH反应体系中的产氢活性。深入研究发现不同的样品其活性有着明显的差异,特别是CoPS(0.25)/g-C3N4催化剂在曙红敏化的15%(v/v)TEOA水溶液中产氢量高达14.12mmol/g,这说明CoPS和g-C3N4之间形成的界面具有的电子相互作用或协同效应,可构成比单个组分更活跃的活性中心,使得CoPS/g-C3N4纳米结构复合光催化剂具有较低的光生电子和空穴的复合。(4)证明了具有富含C的Ar等离子体处理的Ni3C1-x纳米粒子装饰的超薄多孔g-C3N4纳米片显示出高效的催化产氢活性,远高于传统的g-C3N4纳米片和gCN/Ni3C样品。富含C的芳香族单体2,4,6-三羟基-1,3-二嗪的修饰对g-C3N4的电子结构具有显著影响,通过紫外可见吸收光谱、XPS分析和莫特-肖特基可以得到证明。而受益于其更好的润湿性,Ar等离子体处理的Ni3C纳米颗粒可以与溶液充分接触,并且由于晶相界面的变化,它还可以提供足够的活性位点和传输通道,其显示出高效的产氢活性。通过进一步优化反应参数,发现其可以在5小时内释放出的H2量高达13500.2μmol/g。该设计可能为利用金属碳化物作为无贵金属助催化剂,以实现高效,低成本的基于g-C3N4的光催化水分解提供新的方向。
[1] 二维纳米片用于快速高效膜法气体分离[J]. 高等学校化学学报 2021(01) |
[2] 金纳米片微电极的催化作用研究[J]. 中国金属通报 2020(10) |
[3] 二维金属有机框架纳米片的合成及在超电容和电催化领域的应用[J]. 高等学校化学学报 2021(02) |
[4] 双炔连接完全π共轭的多聚金属卟啉纳米片及其杰出的非均相催化性能(英文)[J]. Science Bulletin 2021(04) |
[5] 二维等离子体银纳米片的研究进展及其在纺织品中的应用[J]. 现代化工 2021(03) |
[6] 超声波剥离法制备六方氮化硼纳米片[J]. 绝缘材料 2019(12) |
[7] 熔融盐法制备富氧空位TiO_2纳米片及其光催化性能[J]. 化学通报 2020(03) |
[8] 二硫化钼纳米片用于修饰微生物燃料电池阳极的研究[J]. 水处理技术 2020(02) |
[9] 氢氧化铝纳米片:结构依赖性癌症化疗药物的储运(英文)[J]. 无机材料学报 2020(02) |
[10] 二维纳米片层孔洞化策略及组装材料在超级电容器中的应用[J]. 物理化学学报 2020(02) |
[11] 微波水热剥离制备高结晶六方氮化硼纳米片[J]. 稀有金属材料与工程 2020(02) |
[12] 二硫化钼纳米片制备技术研究进展[J]. 化工新型材料 2020(02) |
[13] 碳化钼/碳纳米片复合材料的制备及析氢性能研究[J]. 应用化工 2020(02) |
[14] 熔融盐对氧化锆纳米片合成的影响[J]. 硅酸盐学报 2020(04) |
[15] 石墨相氮化碳纳米片汞离子荧光传感器的制备[J]. 闽南师范大学学报(自然科学版) 2020(01) |
[16] 基于液相剥离硼纳米片的全光调制和逻辑门研究(英文)[J]. Science Bulletin 2020(12) |
[17] 多孔碳纳米片的制备及其在电化学领域的应用研究进展[J]. 合成纤维工业 2020(02) |
[18] 锰掺杂二氧化钛纳米片为正极催化剂制备高性能锂空气电池(英文)[J]. 稀有金属材料与工程 2020(04) |
[19] 单个氮化碳纳米片电化学发光成像监测细胞分泌铜离子[J]. 中国科学:化学 2020(05) |
[20] 水溶性高质量二维材料纳米片的制备及其表征[J]. 人工晶体学报 2020(01) |
[21] 石墨烯/金属硫化物纳米片的通用制备技术及其光催化性能的研究[J]. 化工新型材料 2020(06) |
[22] 二维生物质炭纳米片材料的合成研究进展[J]. 合成化学 2020(06) |
[23] 富含缺陷的(Ni-Co)O_x-NiCo_2S_4三维异质纳米片的制备及氧析出性能研究[J]. 电子元件与材料 2020(07) |
[24] 植物多酚在金纳米片成核与生长中的作用[J]. 南昌工程学院学报 2020(04) |
[25] 二维疏水铜基纳米片的合成及在硫醚类化合物催化氧化中的应用[J]. 化学学报 2020(09) |
[26] 辉钼矿纳米片在湿法冶金和环境治理中的应用研究进展[J]. 金属矿山 2020(10) |
[27] 银纳米片的合成及光谱学性质研究[J]. 应用化工 2020(11) |
[28] 新型二维材料碳化钛纳米片光限幅特性研究[J]. 红外与激光工程 2019(11) |
[29] 金纳米片的制备[J]. 化工技术与开发 2018(03) |
[30] 二硫化钼纳米片的制备及其研究进展[J]. 科学技术创新 2018(07) |