Fabrication of Z-Scheme Heterojunction of SiC/Pt/Cds Nanorod for Efficient Photocatalytic H2 Evolution

Dan Cao Hua An Xiaoqing Yan Yuxin Zhao Guidong Yang Hui Mei

Citation:  Cao Dan, An Hua, Yan Xiaoqing, Zhao Yuxin, Yang Guidong, Mei Hui. Fabrication of Z-Scheme Heterojunction of SiC/Pt/Cds Nanorod for Efficient Photocatalytic H2 Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(3): 1901051-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201901051 shu

SiC/Pt/CdS纳米棒Z型异质结的制备及其高效光催化产氢性能

    通讯作者: 杨贵东, guidongyang@xjtu.edu.cn
    梅辉, meihui@nwpu.edu.cn
  • 基金项目:

    中央基本科研业务费 cxtd2017004

    国家自然科学基金(U1862105), 陕西省自然科学基础研究计划(2017JZ001, 2018KJXX-008), 陕西省重点研发计划(2018ZDCXL-SF-02-04), 中央基本科研业务费(cxtd2017004)以及王宽诚教育基金会的资助

    国家自然科学基金 U1862105

    陕西省自然科学基础研究计划 2018KJXX-008

    陕西省重点研发计划 2018ZDCXL-SF-02-04

    陕西省自然科学基础研究计划 2017JZ001

摘要: 本文采用简单的化学还原辅助水热法制备了一种新型SiC/Pt/CdS Z型异质结纳米棒,并将Pt纳米粒子锚定在SiC纳米棒与CdS纳米粒子的界面间,诱导电子-空穴对沿着Z型迁移路径进行转移。进行一系列的表征来分析该催化体系的结构,形貌和性能。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)结果表明,成功合成了具有较好晶体结构的光催化剂。通过透射电子显微镜证明,Pt纳米颗粒生长在SiC纳米棒和CdS纳米颗粒的界面间。UV-Vis漫反射光谱显示,所制备的Z-型异质结样品具有比原始CdS材料更宽的光吸收范围。光致发光光谱和瞬态光电流响应进一步证明具有最佳摩尔比的SiC/Pt/CdS纳米棒样品具有最高的电子-空穴对分离效率。通过控制SiC和CdS的摩尔比,可以有效地调节SiC/Pt纳米棒表面CdS的负载量,从而使得SiC/Pt/CdS纳米棒光催化剂达到最佳性能。当SiC : CdS = 5 : 1 (摩尔比)时可以达到最佳产氢性能,其最大析氢速率达到122.3 μmol∙h−1。此外,从扫描电子显微镜、XRD和XPS分析可以看出,经过三次循环测试后,SiC/Pt/CdS光催化剂的形貌和晶体结构均基本保持不变,表明SiC/Pt/CdS纳米复合材料在可见光下产氢时具有稳定的结构。通过选择性光沉积技术在光反应中同时进行Au纳米粒子的光还原沉积和Mn3O4纳米粒子光氧化沉积以证明电子-空穴对的Z-型转移机制。实验结果表明,CdS导带上的电子主要参与光催化过程中的还原反应,SiC价带上的空穴更容易发生氧化反应,其中,SiC的导带上的电子将与CdS价带上的空穴复合形成Z型传输路径。因此,提出了在光催化产氢过程中SiC/Pt/CdS纳米棒催化体系可能的Z-型电荷迁移路径来解释产氢活性的提高。该研究为基于SiC纳米棒的Z-型光催化体系的合成提供了新的策略。基于以上分析,SiC/Pt/CdS纳米复合材料具有高效、廉价、易于制备、结构稳定等优势,具有突出的商业应用前景。

English

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  • 收稿日期:  2019-01-22
  • 接受日期:  2019-03-28
  • 修回日期:  2019-03-09
  • 网络出版日期:  2020-03-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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