硼掺杂SiC的制备、表征及其可见光分解水产氢性能

董莉莉 王英勇 童希立 靳国强 郭向云

引用本文: 董莉莉, 王英勇, 童希立, 靳国强, 郭向云. 硼掺杂SiC的制备、表征及其可见光分解水产氢性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 135-140. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311052 shu
Citation:  DONG Li-Li, WANG Ying-Yong, TONG Xi-Li, JIN Guo-Qiang, GUO Xiang-Yun. Synthesis and Characterization of Boron-Doped SiC for Visible Light Driven Hydrogen Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(1): 135-140. doi: 10.3866/PKU.WHXB201311052 shu

硼掺杂SiC的制备、表征及其可见光分解水产氢性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173251,21203233),中国科学院山西煤炭化学研究所创新基金(Y1SC6R1991) (21173251,21203233),中国科学院山西煤炭化学研究所创新基金(Y1SC6R1991)

    煤转化国家重点实验室自主项目(2013BWZ006)资助 (2013BWZ006)

摘要:

采用原位碳热还原法制备了硼掺杂的β-SiC (BxSiC)光催化剂,并考察了其可见光下光催化分解水制氢的性能. 利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜及紫外-可见吸收光谱等测试方法对所制备催化剂的晶型、形貌、表面性质及能带结构进行了表征. 分析结果表明,硼原子掺杂进入SiC 晶格并取代了Si 位点,在价带上方形成了浅受主能级,从而导致了带隙宽变窄. 浅受主能级作为空穴的捕获中心可抑制光生电子和空穴的复合. 因此,与SiC相比,硼掺杂SiC光催化剂在可见光下催化分解水产氢的活性大大提高. 当B/Si 的摩尔比为0.05时,硼掺杂SiC表现出最高的光催化产氢活性.

English

    1. [1]

      (1) Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D. L.; Takata, T.; Saito, N.; Inoue,Y.; Domen, K. Nature 2006, 440, 295. doi: 10.1038/440295a

      (1) Maeda, K.; Teramura, K.; Lu, D. L.; Takata, T.; Saito, N.; Inoue,Y.; Domen, K. Nature 2006, 440, 295. doi: 10.1038/440295a

    2. [2]

      (2) Nowotny, J.; Sorrell, C. C.; Sheppard, L. R.; Bak, T. Int. J. Hydrog. Energy 2005, 30, 521. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.06.012(2) Nowotny, J.; Sorrell, C. C.; Sheppard, L. R.; Bak, T. Int. J. Hydrog. Energy 2005, 30, 521. doi: 10.1016/j.ijhydene.2004.06.012

    3. [3]

      (3) Chen, X. B.; Shen, S. H.; Guo, L. J.; Mao, S. S. Chem. Rev.2010, 110, 6503. doi: 10.1021/cr1001645(3) Chen, X. B.; Shen, S. H.; Guo, L. J.; Mao, S. S. Chem. Rev.2010, 110, 6503. doi: 10.1021/cr1001645

    4. [4]

      (4) Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253. doi: 10.1039/b800489g(4) Kudo, A.; Miseki, Y. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253. doi: 10.1039/b800489g

    5. [5]

      (5) Wang, Q.; Liu, H.; Jiang, L.; Yuan, J.; Shangguan,W. Catal. Lett. 2009, 131, 160. doi: 10.1007/s10562-009-9949-3(5) Wang, Q.; Liu, H.; Jiang, L.; Yuan, J.; Shangguan,W. Catal. Lett. 2009, 131, 160. doi: 10.1007/s10562-009-9949-3

    6. [6]

      (6) Gao, Y. T.;Wang, Y. Q.;Wang, Y. X. React. Kinet. Catal. Lett.2007, 91, 12.(6) Gao, Y. T.;Wang, Y. Q.;Wang, Y. X. React. Kinet. Catal. Lett.2007, 91, 12.

    7. [7]

      (7) Hao, J. Y.;Wang, Y. Y.; Tong, X. L.; Jin, G. Q.; Guo, X. Y. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 15038. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.021(7) Hao, J. Y.;Wang, Y. Y.; Tong, X. L.; Jin, G. Q.; Guo, X. Y. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 15038. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.08.021

    8. [8]

      (8) Yang, J. J.; Zeng, X. P.; Chen, L. J.; Yuan,W. X. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 083101. doi: 10.1063/1.4792695(8) Yang, J. J.; Zeng, X. P.; Chen, L. J.; Yuan,W. X. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 083101. doi: 10.1063/1.4792695

    9. [9]

      (9) Wu, X. L.; Xiong, S. J.; Zhu, J.;Wang, J.; Shen, J. C.; Chu, P. K.Nano Lett. 2009, 9, 4053. doi: 10.1021/nl902226u(9) Wu, X. L.; Xiong, S. J.; Zhu, J.;Wang, J.; Shen, J. C.; Chu, P. K.Nano Lett. 2009, 9, 4053. doi: 10.1021/nl902226u

    10. [10]

      (10) Li, Y. X.; Ma, G. F.; Peng, S. Q.; Lu, G. X.; Li, S. B. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 6831. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.04.075(10) Li, Y. X.; Ma, G. F.; Peng, S. Q.; Lu, G. X.; Li, S. B. Appl. Surf. Sci. 2008, 254, 6831. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.04.075

    11. [11]

      (11) Ruschenschmidt, K.; Bracht, H.; Laube, M.; Stolwijk, N. A.;Pensl, G. Physica B 2001, 308, 734.(11) Ruschenschmidt, K.; Bracht, H.; Laube, M.; Stolwijk, N. A.;Pensl, G. Physica B 2001, 308, 734.

    12. [12]

      (12) Persson, C.; Lindefelt, U.; Sernelius, B. E. J. Appl. Phys. 1999,86, 4419. doi: 10.1063/1.371380(12) Persson, C.; Lindefelt, U.; Sernelius, B. E. J. Appl. Phys. 1999,86, 4419. doi: 10.1063/1.371380

    13. [13]

      (13) Agathopoulos, S. Ceram. Int. 2012, 38, 3309. doi: 10.1016/j.ceramint.2011.12.040(13) Agathopoulos, S. Ceram. Int. 2012, 38, 3309. doi: 10.1016/j.ceramint.2011.12.040

    14. [14]

      (14) Shimoda, K.; Park, J. S.; Hinoki, T.; Kohyama, A. Appl. Surf. Sci. 2007, 253, 9450. doi: 10.1016/j.apsusc.2007.06.023(14) Shimoda, K.; Park, J. S.; Hinoki, T.; Kohyama, A. Appl. Surf. Sci. 2007, 253, 9450. doi: 10.1016/j.apsusc.2007.06.023

    15. [15]

      (15) Oswald, S.;Wirth, H. Surf. Interface Anal. 1999, 27, 136.(15) Oswald, S.;Wirth, H. Surf. Interface Anal. 1999, 27, 136.

    16. [16]

      (16) Seo,W. S.; Koumoto, K.; Arai, S. J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81,1255.(16) Seo,W. S.; Koumoto, K.; Arai, S. J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81,1255.

    17. [17]

      (17) Cerovic, L.; Milonjic, S. K.; Zec, S. P. Ceram. Int. 1995, 21,271. doi: 10.1016/0272-8842(95)99793-B(17) Cerovic, L.; Milonjic, S. K.; Zec, S. P. Ceram. Int. 1995, 21,271. doi: 10.1016/0272-8842(95)99793-B

    18. [18]

      (18) Chen, J.; Tang,W.; Xin, L.; Shi, Q. Appl. Phys. A-Mater. 2011,102, 213. doi: 10.1007/s00339-010-5943-2(18) Chen, J.; Tang,W.; Xin, L.; Shi, Q. Appl. Phys. A-Mater. 2011,102, 213. doi: 10.1007/s00339-010-5943-2

    19. [19]

      (19) Zhou,W. M.; Yan, L. J.;Wang, Y.; Zhang, Y. F. Appl. Phys. Lett.2006, 89, 013105. doi: 10.1063/1.2219139(19) Zhou,W. M.; Yan, L. J.;Wang, Y.; Zhang, Y. F. Appl. Phys. Lett.2006, 89, 013105. doi: 10.1063/1.2219139

    20. [20]

      (20) Fukumoto, A. Phys. Rev. B 1996, 53, 4458. doi: 10.1103/PhysRevB.53.4458(20) Fukumoto, A. Phys. Rev. B 1996, 53, 4458. doi: 10.1103/PhysRevB.53.4458

    21. [21]

      (21) Weingartner, R.; Bickermann, M.; Bushevoy, S.; Hofmann, D.;Rasp, M.; Straubinger, T. L.;Wellmann, P. J.;Winnacker, A.Mater. Sci. Eng. B 2001, 80, 357. doi: 10.1016/S0921-5107(00)00599-7(21) Weingartner, R.; Bickermann, M.; Bushevoy, S.; Hofmann, D.;Rasp, M.; Straubinger, T. L.;Wellmann, P. J.;Winnacker, A.Mater. Sci. Eng. B 2001, 80, 357. doi: 10.1016/S0921-5107(00)00599-7

    22. [22]

      (22) Sebastian, P. J.; Matthews, N. R.; Mathew, X.; Pattabi, M.;Turner, J. Int. J. Hydrog. Energy 2001, 26, 123. doi: 10.1016/S0360-3199(00)00047-1(22) Sebastian, P. J.; Matthews, N. R.; Mathew, X.; Pattabi, M.;Turner, J. Int. J. Hydrog. Energy 2001, 26, 123. doi: 10.1016/S0360-3199(00)00047-1

    23. [23]

      (23) Akikusa, J.; Khan, S. U. M. Int. J. Hydrog. Energy 2002, 27,863. doi: 10.1016/S0360-3199(01)00191-4(23) Akikusa, J.; Khan, S. U. M. Int. J. Hydrog. Energy 2002, 27,863. doi: 10.1016/S0360-3199(01)00191-4

    24. [24]

      (24) Sayama, K.; Nomura, A.; Arai, T.; Sugita, T.; Abe, R.; Yanagida,M.; Oi, T.; Iwasaki, Y.; Abe, Y.; Sugihara, H. J. Phys. Chem. B2006, 110, 11352. doi: 10.1021/jp057539+(24) Sayama, K.; Nomura, A.; Arai, T.; Sugita, T.; Abe, R.; Yanagida,M.; Oi, T.; Iwasaki, Y.; Abe, Y.; Sugihara, H. J. Phys. Chem. B2006, 110, 11352. doi: 10.1021/jp057539+

    25. [25]

      (25) Kanhere, P.; Zheng, J.W.; Chen, Z. Int. J. Hydrog. Energy 2012,37, 4889. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.12.056(25) Kanhere, P.; Zheng, J.W.; Chen, Z. Int. J. Hydrog. Energy 2012,37, 4889. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.12.056

    26. [26]

      (26) Li,W. Z.; Li, J.;Wang, X.; Chen, Q. Y. Appl. Surf. Sci. 2012,263, 157. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.09.021(26) Li,W. Z.; Li, J.;Wang, X.; Chen, Q. Y. Appl. Surf. Sci. 2012,263, 157. doi: 10.1016/j.apsusc.2012.09.021

    27. [27]

      (27) Yuan,W. H.; Liu, X. C.; Li, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,151. [袁文辉, 刘晓晨, 李莉. 物理化学学报, 2013, 29,151.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201210093(27) Yuan,W. H.; Liu, X. C.; Li, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,151. [袁文辉, 刘晓晨, 李莉. 物理化学学报, 2013, 29,151.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201210093

    28. [28]

      (28) Sun, X. J.; Liu, H.; Dong, J. H.;Wei, J. Z.; Zhang, Y. Catal. Lett. 2010, 135, 219. doi: 10.1007/s10562-010-0302-7(28) Sun, X. J.; Liu, H.; Dong, J. H.;Wei, J. Z.; Zhang, Y. Catal. Lett. 2010, 135, 219. doi: 10.1007/s10562-010-0302-7

    29. [29]

      (29) Husin, H.; Chen, H. M.; Su,W. N.; Pan, C. J.; Chuang,W. T.;Sheu, H. S.; Hwang, B. J. Appl. Catal. B-Environ. 2011, 102,343. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.12.024(29) Husin, H.; Chen, H. M.; Su,W. N.; Pan, C. J.; Chuang,W. T.;Sheu, H. S.; Hwang, B. J. Appl. Catal. B-Environ. 2011, 102,343. doi: 10.1016/j.apcatb.2010.12.024

    30. [30]

      (30) Yan, S.; Huang, Q. D.; Lin, J. D.; Yuan, Y. Z.; Liao, D.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2406. [闫石, 黄勤栋, 林敬东,袁友珠, 廖代伟. 物理化学学报, 2011, 27, 2406.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110929

      (30) Yan, S.; Huang, Q. D.; Lin, J. D.; Yuan, Y. Z.; Liao, D.W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2406. [闫石, 黄勤栋, 林敬东,袁友珠, 廖代伟. 物理化学学报, 2011, 27, 2406.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110929

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1124
  • 文章访问数:  1411
  • HTML全文浏览量:  66
文章相关
  • 发布日期:  2014-01-01
  • 收稿日期:  2013-08-22
  • 网络出版日期:  2013-11-05
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章