卟啉修饰g-C3N4提高光催化产氢活性研究

半导体光催化制氢是一种可实现持续制备和储存氢气的绿色技术.石墨相氮化碳(g-C3N4)是研究广泛的光催化剂,但其仍存在光利用率低、光生电子和空穴易复合等问题,制约着光催化产氢的性能.利用给电子卟啉修饰g-C3N4,构建了四(4-羧基)苯基卟啉(TCPP)以共价/非共价方式修饰g-C3N4的催化剂.卟啉共价修饰g-C3N4(gC3N4-TCPP0.1)及非共价复合结构(TCPP0.1/g-C3N4)光催化产氢速率分别为6 997和5 399μmol·g-1·h-1,较g-C3N4分别提高了53%和18%. TCPPx/g-C3N4异质结加强了界面接触,促进了电荷转移,增强了可见光吸收能力,进而提高了光催化制氢性能. g-C3N4-TCPPx中, TCPP的接枝拓展了共轭结构,优化了电子结构,增大了分子偶极,促进了电荷分离,共价桥键为电荷传输提供了通道.     

介孔调控Co9S8/Ni3S2复合电极材料及电催化析氢性能

利用快速凝固结合化学脱铝模板法制备前驱体纳米多孔Ni-Co合金,再经气相沉积硫和热氢还原制备纳米多孔Co₉S₈/Ni₃S₂复合电极材料。研究表明,通过气相沉积,硫原子与Ni-Co合金原位生成CoS₂/NiS₂复合相,再经过热氢还原后,形成硫原子比例较低的Co₉S₈/Ni₃S₂复合相。该热氢还原过程不仅提高了Co₉S₈/Ni₃S₂各元素周围的电子密度,而且在其表面调制出有介孔结构的异质界面,进而提高其电子传输能力并增大活性比表面积。相比于其他同条件下制备的Ni、Co硫化物,Co₉S₈/Ni₃S₂拥有更佳的析氢反应（HER）活性,在50 mA·cm^-2的电流密度下,Co₉S₈/Ni₃S₂的HER过电位为234 mV,Tafel斜率为106 mV·dec^-1,经稳定性测试后,电压变化仅为14 mV。     

RGO/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及其光催化性能

通过热解-水热两步法制备了石墨烯/石墨相氮化碳/二硫化钼(RGO/g-C_3N_4/MoS_2)复合材料并使用多种分析表征手段对RGO/g-C_3N_4/MoS_2的结构、形貌及光催化性能进行分析。结果表明,具有异质结构的g-C_3N_4/MoS_2与RGO复合后,通过良好的界面接触和电荷的快速转移,增强了其光生电子-空穴的分离。经可见光照射120 min后,RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料可降解97%亚甲基蓝。此外,循环实验表明RGO/g-C_3N_4/MoS_2复合材料具有良好的稳定性,经5次循环仍能保持93.2%的光催化活性。     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

类金属WO2/g-C3N4复合光催化剂的构造及其优异的光催化性能(英文)

随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C₃N₄具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C₃N₄的载流子复合率高,光催化性能不佳.研究者尝试负载贵金属(如Pt,Ag,Au等),利用贵金属功函数较高,可以快速捕获g-C₃N₄表面的光生电子,从而有效抑制光生载流子的复合;但其成本较高,限制了该技术的产业化.目前类金属材料(MoO₂,NbO₂,WO₂等)不仅表现出类似贵金属的特性,且价格低廉,有望替代贵金属.因此,引入类金属助催化剂是实现高载流子浓度和宽光谱照射下强光子吸收的好方法.本文设计并制备了类金属WO₂/g-C₃N₄纳米复合物,其表现出了较好的光催化性能:在可见光照射2h,4 wt%WO_...     

Ni2P/SiO2 和Ni/SiO2 催化剂甘油氢解反应性能比较:催化剂活性及产物选择性影响因素的探讨（英文）

采用浸渍法及程序升温还原法制备了Ni2P/SiO2和Ni/SiO2催化剂,利用N2吸附-脱附、X射线衍射、X射线荧光、CO化学吸附、氢气程序升温脱附及氨气程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征并用于甘油氢解反应.结果表明,Ni2P/SiO2和Ni/SiO2具有相近的表面Ni密度,但前者表面酸中心和表面氢物种(包括吸附氢和溢流氢)密度明显更高,且在甘油氢解反应中的活性也更高,这与其酸性中心与金属中心之间的协同作用有关.Ni2P/SiO2催化剂上主要产物为1,2-丙二醇及1-丙醇,而Ni/SiO2催化剂上主要产物为1,2-丙二醇、乙二醇和乙醇.提高反应温度和H2压力不能促进Ni2P/SiO2上乙醇和乙二醇的生成,但促进了1,2-丙二醇进一步氢解转化为1-丙醇.由此可见,Ni2P/SiO2具有较强的C-O键断裂活性及较弱的C-C键断裂活性,这可能分别与其较多酸性中心和电子及几何结构性质密切相关.     

石墨烯负载Ni2P纳米片作为锂硫电池的硫基复合正极材料

将磷化镍纳米片均匀负载到石墨烯(G)上制备出Ni₂P/G复合材料,并将其作为硫载体构筑了硫基复合材料(S/Ni₂P/G)。研究表明,磷化镍纳米片对可溶性多硫化物具有强的化学作用和较高的电催化活性,使S/Ni₂P/G硫基复合材料表现出良好的电化学性能。特别是,在高硫含量(80.3%)和低电解液用量(15μL·mg^-1)条件下,S/Ni₂P/G硫基复合材料展现出1 164.7 m Ah·g^-1的质量比容量和良好的循环稳定性。此外,S/Ni₂P/G复合材料具有高的振实密度(1.02 g·cm^-3),其体积比容量高达954.0 m Ah·cm^-3,约为S/G复合材料体积比容量的1.6倍。     

H2S预处理对Ni2P/SiO2催化剂结构及氯苯加氢脱氯性能的影响

采用10% H₂S/H₂对Ni₂P/SiO₂催化剂进行预处理,利用X射线衍射、电感耦合等离子发射光谱、X射线光电子能谱、CO化学吸附、H₂程序升温脱附、NH₃程序升温脱附及活性评价等方法研究了H₂S预处理对催化剂结构和氯苯加氢脱氯反应性能的影响.结果表明,即使在873K进行H₂S预处理,Ni₂P/SiO₂催化剂体相结构及Ni₂P晶粒大小没有发生变化,但导致Ni₂P晶粒表面形成了磷硫镍相(NiP_xS_y),同时使表面溢流氢数量增加.硫物种的存在不仅阻塞了部分镍中心,使催化剂表面镍中心密度降低,也导致镍中心的缺电子性进一步增加.经H₂S预处理后Ni₂P/SiO₂催化剂上氯苯加氢脱氯反应的转化频率(TOF)明显提高,这可能与催化剂表面Ni物种的缺电子性增强及溢流氢数量增多有关.     

MoS2/管状g-C3N4复合光催化剂的光催化海水产氢性能

采用溶剂热法制备了具有二维/一维(2D/1D)纳米结构的MoS_2纳米片/管状g-C_3N_4(MS/TCN)复合光催化剂,并在可见光照射下用于光催化海水产氢。实验结果表明MS/TCN复合材料的光催化活性优于纯相TCN。此外,MS/TCN-0.5样品(含有0.5%(w/w)的MoS_2)显示出最佳的析氢活性,其产H_2速率为85.1μmol·h~(-1),且在进行循环性测试后,活性没有明显降低。     

Zr改性Ni2P/SBA-15催化剂的制备及其加氢脱氧性能

以正丙醇锆（n）和Zr（SO₄）₂（m）为锆源制备了Zr改性的Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）催化剂,并采用XRD、BET、CO吸附、XPS、NH₃程序升温脱附等手段对催化剂进行了表征。以苯并呋喃（BF）为模型化合物,研究了催化剂加氢脱氧（HDO）性能。结果表明,Zr改性后,形成了新的层状结构的ZrP;Zr的引入有助于生成更多、更小粒径的Ni₂P活性相,催化剂的酸强度和酸量均提高。与正丙醇锆相比,Zr（SO₄）₂为锆源能够获得比表面积大、酸性强、酸量大的催化剂,得到更多的ZrP相、更小粒径的Ni₂P晶粒,暴露更多的Ni活性位点。Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n）和Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m）的BF HDO产率分别为71.5%和85.9%,较Ni₂P/SBA-15分别提高了14.0%和28.4%。催化剂HDO活性、脱氧产物选择性和产率大小顺序为：Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（m） > Ni₂P/ZrO₂-SBA-15（n） > Ni₂P/SBA-15。     

K/Cl掺杂g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化性能研究北大核心CSCD

采用湿化学方法制备了K/Cl掺杂石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))纳米材料.以三聚氰胺、KCl作为前驱体,经过溶解、沉淀和焙烧过程,使K/Cl元素在g-C_(3)N_(4)结构上均匀分布.K/Cl掺杂的引入并不影响g-C_(3)N_(4)物相的形成,而是使样品的比表面积增加至18.36 m^(2)·g^(-1),是纯g-C_(3)N_(4)的1.7倍.利用光催化降解气态污染物来表征材料的光催化性能,结果表明,全光谱光照下CN-K/Cl-0.07的性能是纯g-C_(3)N_(4)的2.0倍.光催化性能的提升归因于K/Cl双原子掺杂,不但提升了材料的光吸收能力,而且有利于光生电子-空穴的分离.4次循环试验后,CN-K/Cl-0.07光催化降解异丙醇的性能没有明显降低,证明其具有良好的稳定性.K/Cl掺杂g-C_(3)N_(4)光催化活性高且使用性能好,将会在气体污染物降解领域产生广泛的应用.     

g-C_3N_4负载Co及其分解臭氧性能研究

用尿素热解合成了g-C_3N_4载体,再通过NaBH_4还原制备了g-C_3N_4负载Co(Co/g-C_3N_4)催化剂,研究了Co负载量对臭氧分解效率的影响.在臭氧的体积分数为4×10~(-5),空速600 L·L~(-1)·h~(-1),湿度为1%时,负载量为0.30%和6.00%(重量百分比)的Co/g-C_3N_4对臭氧的分解率分别为80%和60%. 0.30%×10~(-6)样品中Co主要通过Co—N键和g-C_3N_4中3-s-三嗪结构的N结合. 6.00%(重量百分比)的样品中Co团聚成粒径约20 nm的颗粒.经过6 h反应后,0.30%(重量百分比)的Co/g-C_3N_4在80℃加热30 min即可再生,经5次循环使用后,分解臭氧效率仅下降了5%,6.00%Co/g-C_3N_4不能通过此方法再生. 0.30%Co/g-C_3N_4中和N结合的Co原子簇,是其消除臭氧效率高且易再生的原因.     

Au@g-C3N4支架的制备及其光催化性能

以三聚氰胺、甲醛、尿素等原料合成具有可塑性的三聚氰胺树脂,通过发泡法构建前驱体支架,并通过磁控溅射法在支架表面沉积金,550℃下热聚合后,成功制备得到负载Au的石墨相氮化碳(Au@g-C₃N₄)支架,其比表面积可达1 480 m²·g^-1。负载6%Au后,Au@g-C₃N₄支架的紫外吸收光谱在550 nm处出现了新的吸收峰,吸收带边红移至507 nm,禁带宽度缩小至2.45e V,Au@g-C₃N₄支架荧光强度和阻抗显著降低,光电流从0.28μA·cm^-2提升至0.62μA·cm^-2。负载Au既拓宽了Au@g-C₃N₄支架可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合,光催化性能稳定,光催化降解罗丹明B的降解率提高近1倍。此外,Au@g-C₃N₄支架强度适中,具有一定韧性,在光催化领域应...     

Graphitic C3N4 Decorated with CoP Co‐catalyst: Enhanced and Stable Photocatalytic H2 Evolution Activity from Water under Visible‐light Irradiation

In this work, graphitic C₃N₄ decorated with a CoP co‐catalyst (g‐C₃N₄/CoP) is reported for photocatalytic H₂ evolution reaction based on two‐step hydrothermal and phosphidation method. The structure of g‐C₃N₄/CoP is well confirmed by XRD, FTIR, TEM, XPS, and UV/Vis diffuse reflection spectra techniques. When the weight percentage of CoP loading is 3.4 wt % (g‐C₃N₄/CoP‐3.4 %), the highest H₂ evolution amount of 8.4×10² μmol g⁻¹ is obtained, which is 1.1×10³ times than that over pure g‐C₃N₄. This value also is comparable with that of g‐C₃N₄ loaded by the same amount of Pt. In cycling experiments, g‐C₃N₄/CoP‐3.4 % shows a stable photocatalytic activity. In addition, g‐C₃N₄/CoP‐3.4 % is an efficient photocatalyst for H₂ evolution under irradiation with natural solar light. Based on comparative photoluminescence emission spectra, photoelectrochemical I –t curves, EIS Nyquist plots, and polarization curves between g‐C₃N₄/CoP‐3.4 % and pure g‐C₃N₄, it is concluded that the presence of the CoP co‐catalyst accelerates the separation and transfer of photogenerated electrons of g‐C₃N₄, thus resulting in improved photocatalytic activity in the H₂ evolution reaction.     

Amorphous and Crystalline 2D Polymeric Carbon Nitride Nanosheets for Photocatalytic Hydrogen/Oxygen Evolution and Hydrogen Peroxide Production

Photocatalytic reactions, including hydrogen/oxygen generation, water splitting and hydrogen peroxide production, are regarded as a renewable and promising method to harvest and use solar energy. The key to achieving this goal is to explore efficient photocatalysts with high productivity. Recently, two‐dimensional (2D) polymeric carbon nitride nanosheets were reported as efficient photocatalysts toward various products because of their outstanding properties, such as high specific surface area, more reactive sites, the quantum effect in thickness and unique electronic properties. This minireview attempts to overview recent advances in the preparation, structure and properties of crystalline and amorphous carbon nitride nanosheets, and their applications in photocatalytic hydrogen/oxygen evolution, water splitting and hydrogen peroxide production. We also thoroughly discuss the effect of defects, dopants and composites on the photocatalytic efficiency of these carbon nitride nanosheets. Finally, we outlook the ongoing opportunities and future challenges for 2D carbon nitride nanosheets in the field of photocatalysis.     

碳纳米管改性g-C3N4提升可见光催化降解性能

以尿素为原料,引入少量的多壁碳纳米管(CNT)改性,采用简便方法制备CNT/g-C_3N_4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR Spectrophotometer)、荧光光谱(PL)等手段对CNT/g-C_3N_4催化剂进行表征。结果表明,g-C_3N_4与CNT之间的协同作用,影响了gC_3N_4的能带结构,增强了其对可见光的吸收,改善了光生载流子的分布,提高了电子-空穴对的分离效率。并以罗丹明B(RhB)水溶液模拟废水,在可见光下考察催化剂的光催化降解性能,发现当CNT掺杂量为0.1%(w/w)时效果最佳,降解速率常数是体相g-C_3N_4的3.1倍,且研究发现超氧自由基是该体系下的主要活性物种。     

MoB/g‐C3N4 Interface Materials as a Schottky Catalyst to Boost Hydrogen Evolution

Proton adsorption on metallic catalysts is a prerequisite for efficient hydrogen evolution reaction (HER). However, tuning proton adsorption without perturbing metallicity remains a challenge. A Schottky catalyst based on metal–semiconductor junction principles is presented. With metallic MoB, the introduction of n‐type semiconductive g‐C₃N₄ induces a vigorous charge transfer across the MoB/g‐C₃N₄ Schottky junction, and increases the local electron density in MoB surface, confirmed by multiple spectroscopic techniques. This Schottky catalyst exhibits a superior HER activity with a low Tafel slope of 46 mV dec^?1 and a high exchange current density of 17 μA cm^?2, which is far better than that of pristine MoB. First‐principle calculations reveal that the Schottky contact dramatically lowers the kinetic barriers of both proton adsorption and reduction coordinates, therefore benefiting surface hydrogen generation.     

Graphitic Carbon Nitride/Nitrogen‐Rich Carbon Nanofibers: Highly Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution without Cocatalysts

An interconnected framework of mesoporous graphitic‐C₃N₄ nanofibers merged with in situ incorporated nitrogen‐rich carbon has been prepared. The unique composition and structure of the nanofibers as well as strong coupling between the components endow them with efficient light‐harvesting properties, improved charged separation, and a multidimensional electron transport path that enhance the performance of hydrogen production. The as‐obtained catalyst exhibits an extremely high hydrogen‐evolution rate of 16885 μmol h^?1 g^?1, and a remarkable apparent quantum efficiency of 14.3 % at 420 nm without any cocatalysts, which is much higher than most reported g‐C₃N₄‐based photocatalysts even in the presence of Pt‐based cocatalysts.