2D氮化碳:通过调节非金属硼掺杂C3N5阐明宽酸性及碱性pH范围的光催化析氢的反应机理(英文)

太阳能驱动水裂解产氢是一种绿色能源技术,用于制备可再生和零碳排放燃料以实现可持续能源生产.近期,氮化碳(g-C₃N₄)同素异形体C₃N₅的出现克服了g-C₃N₄的固有缺点,如光生载流子快速复合和可见光吸收差,而导致极低的光催化效率.本文将硼掺杂剂通过原子替换或间隙掺杂的方式引入到C₃N₅体系中,并利用密度泛函理论对纯C₃N₅和硼掺杂C₃N₅体系进行计算,考察了硼原子对C₃N₅电子和光学性能的影响以及其催化析氢反应(HER)机理.热力学计算结果表明,硼原子掺杂在C₃N₅体系中是可行且有利的.在N3位氮原子被硼原子取代(B_N3-C₃N₅)后,带隙(0.6 e V)变窄.与纯C     

集成二维层状CdS/WO3S型异质结及金属化Ti3C2MXene基欧姆结高效光催化产氢

开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢是一个非常具有挑战性的课题.近年来,具有高产氢活性的CdS光催化剂引起了人们的研究兴趣.但是光生电子-空穴对快速复合、反应活性位点不足以及严重的光腐蚀等问题,严重地制约了CdS在光催化领域的实际应用.构建S型异质结和负载助催化剂被认为是促进光生电子空穴分离和加速产氢动力学的有效策略.本文通过在低成本的WO₃和Ti₃C₂MXene(MX)纳米片上生长CdS纳米片,设计并构建了具有二维耦合界面的2D/2D/2D层状异质结光催化剂,以实现高效的可见光光催化分解水产氢.首先通过水热煅烧和刻蚀的方法分别制备了WO₃和MX纳米片,然后以乙酸镉和硫脲为原料在乙二胺溶剂中通过水热法合成了MX-CdS/WO₃层状异质结光催化剂.在可见光下,以乳酸为牺牲剂测试了光催化剂的产氢活性且经过4次连续的循环反应,MX-CdS/WO₃体系展现出良好的活性及稳定性.在可见光的照射下,MX-CdS/WO₃层状异质结光催化剂最高的可见光光催化分解水产氢速率达到了27.5 mmol/g/h,是纯CdS纳米片的11倍.与此同时,在450 nm的光照下,表观量子效率达到了12.0%.为了深入探讨其高效产氢机理,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、原子力显微镜、透射电镜、高分辨电子显微镜等对MX-CdS/WO₃体系的组成和结构进行分析.结果表明,实验成功地合成了CdS,WO₃和MX三种纳米片及其复合材料.通过紫外-可见漫反射光谱研究了样品材料的光吸收能力.通过表面光电压、稳态及瞬态荧光光谱等研究了材料的电荷载流子复合和转移行为,发现MX-CdS/WO₃的光生电子空穴对相比与纯CdS或者二元复合材料具有更高的分离效率.UPS和ESR等表征结果说明,材料内部电场的方向和在光照条件下光生载流子的迁移方向,从而证实了S型异质结和欧姆结的成功构建.综上,在MX-CdS/WO₃光催化剂体系中,S型异质结形成较强的界面电场能够有效促进CdS纳米片与WO₃纳米片之间光生电子-空穴对的分离.同时,二维Ti₃C₂MXene纳米片作为辅助催化剂,通过与CdS/WO₃纳米片构建欧姆结,进而提供大量的电子转移途径和更多的析氢反应活性位点,使得CdS光催化剂的光催化活性和稳定性得到了很大的提升.通过构建S型内建电场、欧姆结和2D/2D界面可以协同提高CdS纳米片的光催化性能,从而加速光生电子在异质结中的分离和利用.本文所采用基于S型异质结与欧姆结基助催化剂之间的耦合策略可以作为一种通用策略扩展到其它传统半导体光催化剂的改性中,从而推进高效光催化产氢材料的有效合成.     

原位光沉积制备Z型α-Fe2O3/g-C3N4异质结及其可见光驱动光解水产氢性能

采用原位光沉积-煅烧法制得了Z型α-Fe₂O₃/g-C₃N₄异质结复合光催化剂。分别采用透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、紫外可见漫反射光谱、荧光光谱以及电化学测试对样品进行了表征,并考察了可见光下光解水产氢活性。结果表明:当α-Fe₂O₃的负载量为2.9%时,α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有最优的产氢催化活性,产氢速率高达1841.9μmol·g^-1·h^-1,约为g-C₃N₄的3.3倍。光催化性能的提高主要归因于3方面:(1)高温煅烧过程中α-Fe₂O₃的形成,有效促进了氮化碳片层的热剥离,增大了比表面积,从而为光催化反应提供了更多反应活性位;(2)超细α-Fe₂O₃颗粒(5~8 nm)高度均匀地分散在g-C₃N₄表面,并且与其紧密结合,形成了高质量的Z型异质结;(3)Z型异质结不仅有效抑制地了光生载流子的复合,同时极大地保留了g-C₃N₄导带电子的强还原性和α-Fe₂O₃价带空穴的强氧化性。     

原位制备具有增强光催化活性的S型Bi2Se3/g-C3N4光催化剂

光催化氧化是一种应用前景良好的环境治理技术.与絮凝、物理吸附和化学氧化等常见的方法相比,光催化氧化具有环境友好、氧化完全、方便和廉价等优势.特别是可见光光催化氧化,可利用太阳能中占比最高的可见光,在应用中更具优势.因而,探索可见光响应性能优异的光催化剂一直是光催化氧化领域的一个重要研究内容.硒化铋(Bi₂Se₃)是一种带隙(带隙宽度在0.3~1.3 e V)非常窄的半导体,能吸收全部波长范围的可见光和近红外光.此外,Bi₂Se₃还具有独特的金属表面态,其表面具有良好的导电性.这些特性使其在可见光光催化氧化领域具有很大的应用潜力.然而,由于Bi₂Se₃价带位置高,氧化能力很弱,其价带上的空穴在光催化反应中难以被消耗,导致空穴大量累积,并迅速与光生电子复合,大幅降低了Bi₂Se₃的光催化性能.因此,一直以来,Bi₂Se₃很少被用于光催化反应.如何充分利用Bi₂Se₃的光响应优势,制备出性能优异的光催化剂,仍是具有挑战性和吸引力的研究方向.本文采用预先制备的Bi2O3/g-C₃N₄复合物作为前驱体,通过原位转化的方法,将前驱体置于热的Se蒸汽中,使前驱体上的Bi2O3与Se蒸汽反应,完全转化为Bi₂Se₃纳米颗粒,从而制得Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂(Bi₂Se₃含量约为4 wt%).透射电镜结果表明,所形成的Bi₂Se₃纳米颗粒较均匀地分布在g-C₃N₄表面.表面功函数分析发现,Bi₂Se₃与g-C₃N₄结合后,它们的费米能级分别由原来的-0.55和-0.18 e V变为平衡时的-0.22 e V,可形成指向g-C₃N₄的内建电场,有利于形成梯型(S型)异质结.在此基础上,能级位移、荧光分析、结构计算和反应自由基测试等结果表明,Bi₂Se₃和g-C₃N₄之间形成了S型异质结.在可见光光催化降解苯酚的实验中,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合物的光催化活性明显优于单一的Bi₂Se₃和g-C₃N₄.结合比表面、孔结构、光吸收和荧光等对比分析,认为Bi₂Se₃/g-C₃N₄的这种S型异质结构在其光催化活性增强中起到了关键作用.在光照条件下,其g-C₃N₄导带中光生电子向Bi₂Se₃的价带迁移,并与光生空穴复合,从而使Bi₂Se₃导带上可保留更多的高活性光生电子参与光催化反应,由此Bi₂Se₃/g-C₃N₄的光催化活性增强.循环性能测试和光还原实验结果表明,所制备的Bi₂Se₃/g-C₃N₄复合光催化剂具有良好的稳定性.本文工作为高可见光吸收的光催化剂制备和性能增强提供了新途径和新视野.     

CeTiO4/g-C3N4复合材料的制备及其高效的光催化染料降解性能

采用简单固相法成功制备了CeTiO₄/g?C₃N₄?x(CTO/CN?x,x g为g?C₃N₄的添加量)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂吸附-脱附测试、紫外可见吸收光谱(UV?Vis)及电化学测试对材料进行表征。研究发现:CeTiO₄与g?C₃N₄层状纳米片紧密复合,并成功构建了界面异质结结构;形成CTO/CN?x复合相的光催化材料具有良好的可见光光响应性能,且光生空穴-电子对的分离和迁移率明显提高;通过太阳光模拟不同样品光催化降解有机污染物罗丹明B,降解140 min后复合材料CTO/CN?6表现出最高的光催化活性,反应速率常数为0.0202 min^-1。其活性增强的主要原因是异质结结构的构筑降低了CTO光生载流子的复合几率,提高了光生载流子的迁移速率。     

类石墨烯C3N4纳米片光催化分解水制氢中的量子限域效应

从层状化合物获得的纳米片是一类新型纳米结构材料,这种二维各向异性的纳米甚至亚纳米级的材料具有独特的物理化学性能,其中最好的一个例证就是从石墨烯C₃N₄到石墨烯C₃N₄纳米片的转变。通过高温氧化热刻蚀方法将体相g-C₃N₄剥离成g-C₃N₄纳米片,应用于染料敏化可见光分解水产氢,表现出了较体相g-C₃N₄高于2.6倍的产氢速率。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、扫描电子显微镜（SEM）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）、荧光光谱和光电化学等表征研究了g-C₃N₄纳米片的结构及曙红（EY）和g-C₃N₄纳米片之间的电子迁移过程。热剥离后的g-C₃N₄纳米片具有较高的比表面积,不仅可以更为有效地吸附染料分子,还因其量子限域效应大大增强了光生电荷的分离效率和电子转移效率,改善了电子沿平面方向的传输能力以及光生载流子的寿命,从而显著提高g-C₃N₄纳米片的光催化产氢活性。     

二维/二维S-型Bi3NbO7/g-C3N4异质结光催化剂驱动选择性CO2还原制CH4

人工光合作用可直接将二氧化碳转化为一系列碳氢化合物,实现大气中的碳循环,被视为一种既能解决能源短缺又能减少温室气体,进而改善人类生存环境的新型绿色技术.光催化二氧化碳还原体系需要合适的耦合氧化还原反应,以及对外界光源的有效利用以产生足够电子参与反应,因此构建高催化活性和高选择性的催化体系仍然面临着巨大挑战.此外,二维纳米结构(2D)由于具有比表面积大、离子的迁移路径短以及独特的平层电子转移轨道等特性,被证实有利于光催化还原CO₂过程.其中,Bi₃NbO₇特殊的片层结构和合适的能带位置,使其在光催化还原CO₂反应中表现出良好的催化性能.然而,Bi₃NbO₇的光生载流子易复合及反应中光腐蚀严重等缺陷导致其光利用率较低,限制了其实际应用.因此,构建S-型异质结是提高复合材料光催化活性的一种有前途的策略.S-型异质结不仅能有效地分离光生电子和空穴,而且这一电子转移过程赋予了复合物最大的氧化还原能力.同时,S-型光催化体系不仅拥有同样的强氧化和强还原能力,还可显著抑制副反应的发生及副产物的产生,有利于CO₂还原反应的高选择性进行.本文利用简易的溶剂热法制备了一系列S-型Bi₃NbO₇/g-C₃N₄(BNO/UCN)异质结光催化剂,与其纯组分催化剂相比,表现出优异的光催化还原CO₂活性,g-C₃N₄含量为80wt%的BNO/UCN-3光催化剂催化CO₂生成CH₄产率为37.59μmol·g^-1h^-1,是g-C₃N₄的15倍,CH₄选择性为90%;且循环反应10次后仍保持较高的活性及CH4选择性.光催化活性及选择性的显著增强是由于二维分布的纳米结构和S-型电荷转移路径.在可见光照射下,界面内建电场、带边缘弯曲和库仑相互作用协同促进了复合物相对无用的电子和空穴的复合.因此,剩余的电子和空穴具有较高的还原性和氧化性,使复合材料具有较高的氧化还原能力.自由基捕获实验、电子顺磁共振实验和原位X射线光电子能谱实验结果表明,光催化剂中的电子迁移遵循S-型异质结机理.综上,本文不仅为新型S-型异质结CO₂还原光催化剂的设计和制备提供了新方法,而且为未来解决能源短缺及实现碳中和目标提供一定的实验及理论依据.     

Z型可见光催化剂Au NPs/g-C3N4/BiOBr的构建及其光催化性能

通过水热和原位还原法制备了一种新型Z型异质结三元复合材料Au NPs/g-C₃N₄/BiOBr,并通过X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱和光致发光发射光谱等技术对材料的形貌、结构进行了表征。通过在可见光下降解苯酚来评价光催化剂的活性。研究发现,Au NPs/g-C₃N₄/BiOBr显示出增强的光催化活性,对苯酚的降解能力是g-C₃N₄的3倍,是BiOBr的2.5倍。这可归因于三元复合材料的窄带隙（2.10eV）、Z型机理对光生电子-空穴对的有效分离和Au纳米颗粒的表面等离子体共振效应（SPR）。     

蜂窝状C3N4/CoSe2/GA复合光催化剂的制备及CO2还原性能

以六水金氯化钴、 硒粉和尿素为前驱体, 通过水热法合成C₃N₄/CoSe₂纳米粒子, 再将其锚定在石墨烯气凝胶（Graphene aerogel, GA）表面, 制备蜂窝状C₃N₄/CoSe₂/GA光催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对材料的结构、 形貌和光学性能进行表征. 同时以氙灯作为模拟可见光光源, 通过CO₂光催化还原为CO考察所制备纳米材料的光催化活性. 结果表明, 在C₃N₄纳米片表面引入了CoSe₂和GA并制备出蜂窝状结构 C₃N₄/CoSe₂/GA催化剂, 通过GA, CoSe₂与C₃N₄耦合可以显著提高光吸收密度以及扩展光响应范围, 呈现了更低的荧光强度和最大的电子转移速率. 在同种光催化下, C₃N₄/CoSe₂/GA对CO₂还原催化效率最大, CO产量达到5.75 μmol·g^-1·h^-1, 并且重复使用性能良好.     

Ni5P4/g-C3N4复合光催化剂的制备及光催化性能

使用尿素、 红磷和氯化镍为原料, 通过一种简单的焙烧方法合成了Ni₅P₄/g-C₃N₄光催化剂. 该催化剂形成的异质结可以降低界面电阻, 有效抑制光生电子-空穴对复合率. 以罗丹明B模拟污染物进行降解测试, 发现3NPC的反应速率常数最高, 几乎是g-C₃N₄的7倍, 并具有最高的光催化产氢能力, 制氢速率高达1013.88 μmol·g^-1·h^-1, 明显高于g-C₃N₄(664.38 μmol·g^-1·h^-1).     

Facile synthesis of Z-scheme NiO/α-MoO3 p-n heterojunction for improved photocatalytic activity towards degradation of methylene blue

In this article, Z-scheme NiO/α-MoO₃ p-n heterojunction is successfully synthesized by a facile hydrothermal route. The phase and nanostructures are researched through a series of characterizations, such as XRD, SEM, TEM, EDX, XPS and DRS. It is confirmed that the NiO nanoparticles are deposited homogeneously on one dimensional α-MoO₃ nanobelts and p-n heterojuction is constructed at the interface of α-MoO₃ and NiO. Photocatalytic activity of the as-synthesized photocatalysts is investigated by photodegradation of methylene blue (MB) under simulated solar light irradiation. Compared with bare α-MoO₃, the NiO/α-MoO₃ p-n heterojunction exhibits significantly improved photocatalytic activity and photostability for MB degradation. The improvement in the photocatalytic performance can be attributed to the optimization of the charge transport pathway offered by Z-scheme heterojunctions, which can promote the effective separation of electron-hole pairs. The results indicate that Z-scheme NiO/α-MoO₃ p-n heterojunction is a novel and efficient photocatalyst with potential application for the removal of organic contaminant in wastewater.     

The coating of conducting copolymer on coordination polymer nanorod: A visible light active p-n heterojunction photocatalyst for H2 production

A visible light active p-n heterojunction photocatalyst was synthesized successfully through in-situ chemical oxidation copolymerization of aniline (ANI) and diphenylamine-4-sulfonate (DPAS) with the existence of coordination polymer nanorod (CPNR) under initiation of ammonium persulfate (APS). Compared with neat coordination polymer nanorod, the resulted p-n heterojunction photocatalyst exhibits higher H₂ generationrate under visible light irradiation. In this heterojunction photocatalyst, as a p-type semiconductor possessing suitable energy levels with coordination polymer nanorod, poly-(aniline-co-N-(4-sulfophenyl)-aniline) (PAPSA) forms p-n heterojunction with n-type coordination polymer nanorod, the inner electric field of p-n heterojunction accelerates the separation of electrons and holes, which enhances H₂ production performance. Furthermore, the influence of concentration ratio between DPAS and ANI on photocatalytic property of the p-n heterojunction photocatalyst was discussed and a reasonable condition to fabricate photocatalyst with high H₂ generationrate had been obtained. During photocatalytic water splitting H₂ generation, the p-n heterojunction photocatalyst exhibited outstanding stability.     

Ag-NaTaO3-RGO复合物的合成及其改进的光催化制氢性能

以石墨粉,钽酸钠以及硝酸银为原料,通过三步合成法制备出一系列Ag-NaTaO₃-RGO复合材料。并对样品在紫外光照射下的光解水制氢活性进行了评价。结果表明：系列Ag-NaTaO₃-RGO复合材料均表现出较高的光解水制氢活性。其中,性能最优的0.2Ag-NaTaO₃-RGO的制氢速率分别是NaTaO₃,Ag-NaTaO₃,和NaTaO₃-RGO的5.64,1.97和1.48倍。对Ag-NaTaO₃-RGO复合材料光催化制氢性能改进的原因进行了探讨：（1）石墨烯具有优异的电子转移性能,能够有效阻止光生电子、空穴的复合。（2）银纳米颗粒充当电子陷阱,能够进一步提高电子空穴分离速率。（3）石墨烯的引入增强了复合物的光吸收性能。最后,根据所得实验数据,给出了Ag-NaTaO₃-RGO复合材料光催化制氢的反应机理。     

Ag-NaTaO3-RGO复合物的合成及其改进的光催化制氢性能

以石墨粉,钽酸钠以及硝酸银为原料,通过三步合成法制备出一系列Ag-NaTaO₃-RGO复合材料。并对样品在紫外光照射下的光解水制氢活性进行了评价。结果表明：系列Ag-NaTaO₃-RGO复合材料均表现出较高的光解水制氢活性。其中,性能最优的0.2Ag-NaTaO₃-RGO的制氢速率分别是NaTaO₃,Ag-NaTaO₃,和NaTaO₃-RGO的5.64,1.97和1.48倍。对Ag-NaTaO₃-RGO复合材料光催化制氢性能改进的原因进行了探讨：（1）石墨烯具有优异的电子转移性能,能够有效阻止光生电子、空穴的复合。（2）银纳米颗粒充当电子陷阱,能够进一步提高电子空穴分离速率。（3）石墨烯的引入增强了复合物的光吸收性能。最后,根据所得实验数据,给出了Ag-NaTaO₃-RGO复合材料光催化制氢的反应机理。     

Highly enhanced visible-light photocatalytic hydrogen evolution on g-C3N4 decorated with vopc through π-π interaction

Photocatalytic H₂ evolution reactions on pristine graphitic carbon nitrides (g-C₃N₄), as a promising approach for converting solar energy to fuel, are attractive for tackling global energy concerns but still suffer from low efficiencies. In this article, we report a tractable approach to modifying g-C₃N₄ with vanadyl phthalocyanine (VOPc/CN) for efficient visible-light-driven hydrogen production. A non-covalent VOPc/CN hybrid photocatalyst formed via π-π stacking interactions between the two components, as confirmed by analysis of UV-vis absorption spectra. The VOPc/CN hybrid photocatalyst shows excellent visible-light-driven photocatalytic performance and good stability. Under optimal conditions, the corresponding H₂ evolution rate is nearly 6 times higher than that of pure g-C₃N₄. The role of VOPc in promoting hydrogen evolution activity was to extend the visible light absorption range and prevent the recombination of photoexcited electron-hole pairs effectively. It is expected that this facile modification method could be a new inspiration for the rational design and exploration of g-C₃N₄-based hybrid systems with strong light absorption and high-efficiency carrier separation.     

Ag@AgCl修饰的锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其光催化性能

首先采用水热合成法和双氧水处理制备了具有锐钛矿相的TiO2纳米管,然后通过沉淀和光化学反应将Ag@AgCl纳米粒子负载于其上,从而制得TiO2纳米管负载的表面等离子体光催化剂.结果表明,经Ag@AgCl纳米粒子修饰后,锐钛矿相TiO2纳米管因表面等离子共振效应而对可见光具有明显的响应,光生电子-空穴对更容易分离,因而T...     

Reduced Ti-MOFs encapsulated black phosphorus with high stability and enhanced photocatalytic activity

The generation of green hydrogen(H_2) energy is of great significance to solve worldwide energy and environmental issues. Reduced Ti based photocatalyst has recently attracted intensive attention due to its excellent photocatalytic activity, while the synthesis of reduced Ti based photocatalysts with high stability is still a great challenge. Here, we report a facile method for synthesis of reduced Ti metal organic frameworks(small amounts of Pt incorporated) encapsulated BP(BP/R-Ti-MOFs/Pt) hybrid nanomaterial with enhanced photocatalytic activity. The strong interaction between Ti and P reduces the valence state of the binding Ti⁴⁺on the BP surface, forming abundant reduced Ti⁴⁺within R-Ti-MOFs/BP. Such reduced Ti⁴⁺render R-Ti-MOFs/BP efficient charge transfer and excellent light absorption capability, thus promote the photocatalytic H_2 production efficiency. Furthermore, the Ti-P interaction stabilizes both reduced Ti⁴⁺and BP during the photocatalytic reaction, which greatly enhanced the stability of the obtained BP/R-TiMOFs/Pt photocatalyst.     

设计p-n同质结构实现碳氮光催化剂的全解水性能

非金属氮化碳(CN)因其独特的光催化性能而备受关注.本文利用水热处理、高温烧结、高能球磨和烧结的方法成功制得一种具有混合结构的CN光催化剂.先以三聚氰胺为原料进行水热处理(180℃,24 h),过滤干燥后,转移到高纯氩气保护下的管式炉中,于550℃处理1 h得到CN材料.然后将CN用三聚氰胺和氟化铵水热180℃处理24 h,过滤、干燥、煅烧(550℃,1 h)得到第二种材料.最后将其与CN材料按等比例混合,经高能球磨研磨,再于管式炉中在气氛保护下淬火,得到最终催化剂样品.由于这种结构的界面作用,使CN光催化剂显示出了高的光催化活性.它的产氢效果可以高达17028.82μmol h^–1g^–1,在420 nm光照下,其光量子效率也达到11.2%.随后,采用纳秒级别的时间分辨萤光(PL)光谱测得其荧光寿命为9.9 ns.有助于电子与空穴参与反应更有趣的是,在不加牺牲剂时,该光催化剂具有高效的全解水效果,其产氢效率为270.95μmol h^–1g^–1,产氧效率为115.21μmol h^–1g^–1,有望实际用于全解水反应中.另外,通过紫外可见漫反射光谱,PL光谱和材料的比表面等测试来考察该CN光催化剂效果好的原因.发现该材料具有更高比表面积有更多活性点参与反应.同时,通过电化学测试获得了肖特基曲线和电流-电压曲线,发现该光催化剂里含有少量的pn结构,这种结构使材料在弱光下也会产生光生载流子,实际上它是起到光生载流子的激发作用,即在相同光照下,就会产生更多的光生载流子数量,从而进一步提高了其催化效果.因此,本工作对优化碳氮光催化剂的催化效果有很好的指导意义.     

In2O3三维纳米结构的控制合成及高效光解水产氢活性研究

Exploring economical and efficient photocatalysts for hydrogen production is of great significance for alleviating the energy and environmental crisis. In this study, 3D In₂O₃ nanostructures with appropriate self-assembly degrees were obtained using a facile hydrothermal strategy. To study the significance of 3D In₂O₃ nanostructures with appropriate self-assembly degrees in photocatalytic hydrogen production, the photocatalytic performances of samples were evaluated based on the amount of hydrogen gas release under visible-light irradiation (λ > 400 nm) and simulated solar light illumination. Interestingly, the 3D In₂O₃-150 nanostructured photocatalyst (hydrothermal temperature was 150 ℃, denoted as In₂O₃-150) exhibited extremely superior photocatalytic hydrogen evolution activity, which may have been caused by their unique structure to improve light reflection and gas evolution. The special structure can enhance light harvesting and induce more carriers to participate in photocatalytic hydrogen production. Despite possessing similar 3D nanostructures, the In₂O₃-180 photocatalyst exhibited poor photocatalytic activity. This may have been caused by the high self-assembly degree, which can hinder light irradiation and isolate a portion of the water. In addition, the 3D nanostructures could effectively make uniform the carrier migration direction, which is from the interior to the rod end. However, the direction of carrier migration of the In₂O₃-110 photocatalyst could transfer in various directions, whereas the In₂O₃-130 photocatalyst could transfer to both ends of the rod. This might cause partial migration to counteract each other. The compact cluster rod-like structure of In₂O₃-180 might prevent the light from exciting the carrier effectively. Through a photocatalytic recycling test, the 3D In₂O₃-150 nanostructured photocatalyst exhibited outstanding photochemical stability. This work highlights the importance of controlling the self-assembly degree of 3D In₂O₃ nanostructures and explores the performances of 3D In₂O₃ nanostructured photocatalysts in hydrogen production under visible light and simulated solar light.