Citation: Kelin He, Jun Xie, Xingyi Luo, Jiuqing Wen, Song Ma, Xin Li, Yueping Fang, Xiangchao Zhang. Enhanced visible light photocatalytic H2 production over Z-scheme g-C3N4 nansheets/WO3 nanorods nanocomposites loaded with Ni(OH)x cocatalysts[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(2): 240-252. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62759-1
利用Ni(OH)x助催化剂修饰提高g-C3N4纳米片/WO3纳米棒Z型纳米体系的可见光产氢活性的研究
我们通过直接焙烧钨酸铵和硫脲制备出WO3纳米棒/g-C3N4,并采用原位光沉积方法将Ni(OH)x纳米颗粒负载到WO3/g-C3N4上.随后,我们采取X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和比表面和孔径分布等表征手段来研究光催化剂的结构与形貌;采取紫外-可见漫反射表征方法来研究其光学性能;采取荧光光谱,阻抗和瞬态光电流曲线等表征手段来测试光催化剂的电荷分离性能;采取极化曲线和电子自旋共振谱等表征手段来证明光催化机理;采取光催化分解水产氢的性能测试来研究光催化剂的光催化活性与稳定性.XRD,HRTEM和XPS表征结果,表明WO3为有缺陷的正交晶系的晶体,直径为20-40纳米棒且均匀嵌入在g-C3N4纳米片上;Ni(OH)x为Ni(OH)2与Ni的混合物,其Ni(OH)2与Ni的摩尔比为97.4:2.6,Ni(OH)x粒径为20-50 nm且均匀分散在g-C3N4纳米片上,WO3/g-C3N4/Ni(OH)x催化剂界面之间结合牢固,其中WO3和Ni(OH)x均匀分布在g-C3N4上.紫外-可见漫反射表征结果表明,随着缺陷WO3的负载量增加,复合体系的吸收边与g-C3N4相比产生明显的红移,而加入Ni(OH)x助催化剂使得催化剂体系的颜色由黄变黑,明显地增加了可见光的吸收.荧光光谱,阻抗和瞬态光电流曲线结果表明,WO3和Ni(OH)x的加入能有效地促进光生电子/空穴的分离.极化曲线结果表明,掺入WO3和Ni(OH)x能降低g-C3N4的析氢过电位,从而提高光催化剂表面的产氢动力学.·O2-和·OH电子自旋共振谱表明成功形成了WO3/g-C3N4耦合Z型体系.光催化分解水产氢的性能测试表明,20% WO3/g-C3N4/4.8% Ni(OH)x产氢效率最高(576 μmol/(g·h)),分别是g-C3N4/4.8% Ni(OH)x,20% WO3/g-C3N4和纯g-C3N4的5.7,10.8和230倍.上述结果充分证明,Ni(OH)x助催化剂修饰和g-C3N4/WO3 Z型异质结产生了极好的协同效应,最终实现了三元体系的极高的光催化产氢活性.
-
关键词:
- 光催化产氢
- / 稳定的Ni(OH)x催化剂
- / g-C3N4
- / Z型体系
- / 异质结
English
Enhanced visible light photocatalytic H2 production over Z-scheme g-C3N4 nansheets/WO3 nanorods nanocomposites loaded with Ni(OH)x cocatalysts
-
-
[1] J. A. Turner, Science, 1999, 285, 687-689.
-
[2] X. Li, J. G. Yu, J. X. Low, Y. P. Fang, J. Xiao, X. B. Chen, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 2485-2534.
-
[3] X. B. Chen, S. H. Shen, L. J. Guo, S. S. Mao, Chem. Rev., 2010, 110, 6503-6570.
-
[4] A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.
-
[5] C. P. Sajan, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, S.W. Cao, Nano Res., 2016, 9, 3-27.
-
[6] Q. J. Xiang, J. G. Yu, M. Jaroniec, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 6575-6578.
-
[7] F. Y. Xu, W. G. Xiao, B. Cheng, J. Yu, Int. J. Hydrogen Energy, 2014, 39, 15394-15402.
-
[8] J. Q. Wen, X. Li, W. Liu, Y. P. Fang, J. Xie, Y. H. Xu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 2049-2070.
-
[9] S. Ma, J. Xie, J.Q. Wen, K.L. He, X. Li, W. Liu, X. C. Zhang, Appl. Surf. Sci. B, 2017, 391, 580-591.
-
[10] Q. Li, X. Li, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, Adv. Energy Mater., 2015, 5, 1500010.
-
[11] X. Li, J. G. Yu, M. Jaroniec, Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2603-2636.
-
[12] J. X. Low, J. G. Yu, W. K. Ho, J. Phys. Chem. Lett., 2015, 6, 4244-4251.
-
[13] J. Q. Wen, X. Li, H. Q. Li, S. Ma, K. L. He, Y. H. Xu, Y. P. Fang, W. Liu, Q. Z. Gao, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 204-212.
-
[14] Q. J. Xiang, B. Cheng, J. G. Yu, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11350-11366.
-
[15] S. W. Cao, J. G. Yu, J. Phys. Chem. Lett., 2014, 5, 2101-2107.
-
[16] S. Ye, R. Wang, M. Z. Wu, Y. P. Yuan, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 15-27.
-
[17] M. Wu, J. M. Yan, X. W. Zhang, M. Zhao, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 354, 196-200.
-
[18] S. J. Liang, Y. Z. Xia, S. Zhu, S. H. Zheng, Y. H. He, J. H. Bi, M. H. Liu, L. Wu, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 304-312.
-
[19] M. S. Akple, J. X. Low, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. G. Yu, J. Zhang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 196-203.
-
[20] X. Li, J. Q. Wen, J. X. Low, Y. P. Fang, J. G. Yu, Sci. China Mater., 2014, 57, 70-100.
-
[21] J. Wen, J. Xie, X. Chen, X. Li, Appl. Surf. Sci. B, 2017, 391, 72-123.
-
[22] L. Yuan, Y. J. Xu, Appl. Surf. Sci., 2015, 342, 154-167.
-
[23] Q. Huang, J. Yu, S. Cao, C. Cui, B. Cheng, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 350-355.
-
[24] S. W. Cao, J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2015, 27, 2150-2176.
-
[25] J. X. Low, B. Cheng, J. G. Yu, M. Jaroniec, Energy Stor. Mater., 2016, 3, 24-35.
-
[26] L. Pi, R. Jiang, W. C. Zhou, H. Zhu, W. Xiao, D. H. Wang, X. H. Mao, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 231-239.
-
[27] I. Papailias, T. Giannakopoulou, N. Todorova, D. Demotikali, T. Vaimakis, C. Trapalis, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 278-286.
-
[28] S. Fang, K. L. Lü, Q. Li, H. P. Ye, D. Y. Du, M. Li, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 336-342.
-
[29] B. Yuan, J. X. Wei, T. J. Hu, H. B. Yao, Z. H. Jiang, Z. W. Fang, Z. Y. Chu, Chin. J. Catal., 2015, 36, 1009-1016.
-
[30] Y. J. Cui, Chin. J. Catal., 2015, 36, 372-379.
-
[31] B. C. Zhu, P. F. Xia, W. K. Ho, J. G. Yu, Appl. Surf. Sci., 2015, 344, 188-195.
-
[32] J. T. Zhang, F. Huang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 287-295.
-
[33] H. G. Yu, F.Y. Chen, F. Chen, X.F. Wang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 385-392.
-
[34] N. Tian, H. W. Huang, Y. H. Zhang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 343-349.
-
[35] L. H. Tan, J. H. Xu, X. J. Zhang, Z. S. Hang, Y. Q. Jia, S. B. Wang, Appl. Surf. Sci., 2015, 356, 447-453.
-
[36] Y. J. Sun, T. Xiong, Z. L. Ni, J. Liu, F. Dong, W. Zhang, W. K. Ho, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 356-362.
-
[37] Y. G. Su, Y. X. Zhao, Y. J. Zhao, J. Y. Lang, X. Xin, X. J. Wang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 213-222.
-
[38] J. Y. Lang, M. Q. Liu, Y. G. Su, L. J. Yan, X. J. Wang, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 252-260.
-
[39] A. Akhundi, A. Habibi-Yangjeh, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 261-269.
-
[40] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, J. W. Zhu, G. R. Duan, X. J. Yang, Appl. Surf. Sci., 2015, 355, 379-387.
-
[41] L. F. Cui, X. Ding, Y. G. Wang, H. C. Shi, L. H. Huang, Y. H. Zuo, S. F. Kang, Appl. Surf. Sci. B, 2017, 391, 202-210.
-
[42] J. Lü, K. Dai, J. F. Zhang, L. Geng, C. H. Liang, Q. C. Liu, G. P. Zhu, C. Chen, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 377-384.
-
[43] W. L. Yu, D. F. Xu, T. Y. Peng, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 19936-19947.
-
[44] J. G. Yu, S. H. Wang, J. X. Low, W. Xiao, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 16883-16890.
-
[45] Y. N. Zhang, X. H. Li, Y. Y. Cai, L. H. Gong, K. X. Wang, J. S. Chen, RSC Adv., 2014, 4, 60873-60877.
-
[46] J. L. Yuan, J. Q. Wen, Y. M. Zhong, X. Li, Y. P. Fang, S. S. Zhang, W. Liu, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 18244-18255.
-
[47] Y. M. Zhong, J. L. Yuan, J. Q. Wen, X. Li, Y. H. Xu, W. Liu, S. S. Zhang, Y. P. Fang, Dalton Trans., 2015, 44, 18260-18269.
-
[48] G. C. Bi, J. Q. Wen, X. Li, W. Liu, J. Xie, Y. P. Fang, W. W. Zhang, RSC Adv., 2016, 6, 31497-31506.
-
[49] P. Zhou, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2014, 26, 4920-4935.
-
[50] H. Katsumata, Y. Tachi, T. Suzuki, S. Kaneco, RSC Adv., 2014, 4, 21405-21409.
-
[51] S. F. Chen, Y. F. Hu, X. L. Jiang, S. G. Meng, X. L. Fu, Mater. Chem. Phys., 2015, 149, 512-521.
-
[52] T. Ohno, N. Murakami, T. Koyanagi, Y. Yang, J. CO2 Util., 2014, 6, 17-25.
-
[53] S. F. Chen, Y. F. Hu, S. G. Meng, X. L. Fu, Appl. Catal. B, 2014, 150-151, 564-573.
-
[54] H. Katsumata, T. Sakai, T. Suzuki, S. Kaneco, Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 8018-8025.
-
[55] S. G. Meng, X. F. Ning, T. Zhang, S. F. Chen, X. Fu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 11577-11585.
-
[56] J. R. Ran, J. Zhang, J. G. Yu, M. Jaroniec, S. Z. Qiao, Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 7787-7812.
-
[57] Y. Xu, R. Xu, Appl. Surf. Sci., 2015, 351, 779-793.
-
[58] J. G. Yu, S. H. Wang, B. Cheng, Z. Lin, F. Huang, Catal. Sci. Technol., 2013, 3, 1782-1789.
-
[59] X. Li, J.G. Yu, S. Wageh, A. A. Al-Ghamdi, J. Xie, Small, 2016.
-
[60] K. Kailasam, J. Schmidt, H. Bildirir, G. G. Zhang, S. Blechert, X. C. Wang, A. Thomas, Macromol Rapid Commun., 2013, 34, 1008-1013.
-
[61] L. G. Kong, Y. M. Dong, P. P. Jiang, G. L. Wang, H. Z. Zhang, N. Zhao, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 9998-10007.
-
[62] X. C. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carlsson, K. Domen, M. Antonietti, Nat. Mater., 2009, 8, 76-80.
-
[63] F. Dong, Y. H. Li, Z. Y. Wang, W. K. Ho, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 393-403.
-
[64] J. He, H. L. Liu, B. Xu, X. Wang, Small, 2015, 11, 1144-1149.
-
[65] M. A. Gondal, A. A. Adesida, S. G. Rashid, S. Shi, R. Khan, Z. H. Yamani, K. Shen, Q. L. Xu, Z. S. Seddigi, X. F. Chang, React. Kinet. Mech. Catal., 2015, 114, 357-367.
-
[66] H. J. Yin, S. L. Zhao, K. Zhao, A. Muqsit, H. J. Tang, L. Chang, H. J. Zhao, Y. Gao, Z. Y. Tang, Nat. Commun., 2015, 6, 6430.
-
[67] M. Thommes, K. Kaneko, A. V. Neimark, J. P. Olivier, F. Rodriguez-Reinoso, J. Rouquerol, K. S. W. Sing, Pure. Appl. Chem., 2015, 87, 1051-1069.
-
[68] K. I. Katsumata, R. Motoyoshi, N. Matsushita, K. Okada, J. Hazard. Mater., 2013, 260, 475-482.
-
[69] X. Li, H. L. Li, S. Q. Huo, Z. Li, Kinet. Catal. 2010, 51, 754-761.
-
[70] J. L. Yuan, J. Q. Wen, Q. Z. Gao, S. C. Chen, J. M. Li, X. Li, Y. P. Fang, Dalton Trans., 2015, 44, 1680-1689.
-
[71] J. G. Yu, L. F. Qi, M. Jaroniec, J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 13118-13125.
-
[72] H. H. Xiao, W. Y. Wang, G. G. Liu, Z. M. Chen, K. L. Lü, J. J. Zhu, Appl. Surf. Sci., 2015, 358, 313-318.
-
[73] L. Cai, X. L. Xiong, N. G. Liang, Q. Y. Long, Appl. Surf. Sci., 2015, 353, 939-948.
-
[74] G. Lu, X. Y. Li, Z. P. Qu, Q. D. Zhao, H. Li, Y. Shen, G. H. Chen, Chem. Eng. J., 2010, 159, 242-246.
-
[75] J. Li, E. Z. Liu, Y. N. Ma, X. Y. Hu, J. Wan, L. Sun, J. Fan, Appl. Surf. Sci., 2016, 364, 694-702.
-
[76] L. Liu, Y. H. Qi, J. S. Hu, Y. H. Liang, W. Q. Cui, Appl. Surf. Sci., 2015, 351, 1146-1154.
-
[77] M. Yang, S. Z. Hu, F. Y. Li, Z. P. Fan, F. Wang, D. Liu, J. Z. Gui, Ceram. Int., 2014, 40, 11963-11969.
-
[78] P. Y. Kuang, Y. Z. Su, G. F. Chen, Z. Luo, S. Y. Xing, N. Li, Z. Q. Liu, Appl. Surf. Sci. A, 2015, 358, 296-303.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 3
- 文章访问数: 1559
- HTML全文浏览量: 165

下载: