Controlling Self-Assembly of 3D In2O3 Nanostructures for Boosting Photocatalytic Hydrogen Production

Ruijie Chen Di Li Zhenyuan Fang Yuanyong Huang Bifu Luo Weidong Shi

Citation:  Chen Ruijie, Li Di, Fang Zhenyuan, Huang Yuanyong, Luo Bifu, Shi Weidong. Controlling Self-Assembly of 3D In2O3 Nanostructures for Boosting Photocatalytic Hydrogen Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(3): 1903047-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903047 shu

In2O3三维纳米结构的控制合成及高效光解水产氢活性研究

    通讯作者: 施伟东, swd1978@ujs.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21878129

    国家自然科学基金 21477050

    国家自然科学基金(21878129, 21522603, 21477050)资助项目

    国家自然科学基金 21522603

摘要: 开发高效、稳定光解水催化剂,对于缓解能源危机和环境污染问题具有重要意义。本工作中,通过简易水热策略制备了三维纳米结构的In2O3光催化剂,该光催化剂在三维结构上具有合适的自组装程度。为了研究合适的自组装程度对光催化制氢活性的影响,我们利用该催化剂在可见光和模拟太阳光下进行光催化产氢活性测试。结果发现,In2O3-150 (水热温度为150 ℃样品)的光催化活性最佳,这可能是由于其在三维结构上具有合适的自组装程度,这种合适的自组装程度有利于光在催化剂内部的反射以及气体的溢出。通过光催化循环测试,In2O3-150表现出优异的光催化稳定性。本工作突出了控制In2O3三维纳米结构自组装程度的重要性,并探讨了其在可见光和模拟太阳光下制氢的性能及机理。

English

    1. [1]

      Chen, X.; Shen, S.; Guo, L.; Mao, S. Chem. Rev. 2010, 110, 6503. doi: 10.1021/cr1001645

    2. [2]

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

    3. [3]

      Tong, H.; Ouyang, S.; Bi, Y.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.; Ye, J. Adv. Mater. 2012, 24, 229. doi: 10.1002/adma.201102752

    4. [4]

      Wang, X.; Jing, D.; Ni, M. Sci. Bull. 2017, 62, 597. doi: 10.1016/j.scib.2017.04.021

    5. [5]

      张弛, 吴志娇, 刘建军, 朴玲钰.物理化学学报, 2017, 33, 1492. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704141

    6. [6]

      Huang, Y.; Li, D.; Fang, Z.; Chen, R.; Luo, B.; Shi, W. Appl. Catal. B: Environ. 2019, 254, 128. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.04.082

    7. [7]

      Tang, C.; Zhang, R.; Lu, W.; He, L.; Jiang, X.; Asiri, A. M.; Sun, X. Adv. Mater. 2017, 29, 1602441. doi: 10.1002/adma.201602441

    8. [8]

      陈香, 潘建明, 闫永胜.物理化学学报, 2016, 32, 2794. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609073

    9. [9]

      Shin, S. S.; Yeom, E. J.; Yang, W. S.; Hur, S.; Kim, M. G.; Im, J.; Seo, J.; Noh, J. H.; Seok, S. I. Science 2017, 356, 167. doi: 10.1126/science.aam6620

    10. [10]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    11. [11]

      Wang, X.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/NMAT2317

    12. [12]

      Han, Q.; Wang, B.; Zhao, Y.; Hu, C.; Qu, L. Angew. Chem. Int. Edit. 2015, 54, 11433. doi: 10.1002/anie.201504985

    13. [13]

      Yang, X.; Chen, L.; Liu, Y.; Rooke, J. C.; Sanchez, C.; Su, B. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 481. doi: 10.1039/c6cs00829a

    14. [14]

      Zhou, L.; Zhuang, Z.; Zhao, H.; Lin, M.; Zhao, D.; Mai, L. Adv. Mater. 2017, 29, 1602914. doi: 10.1002/adma.201602914

    15. [15]

      Hara, M.; Kondo, T.; Komoda, M.; Ikeda, S.; Shinohara, K.; Tanaka, A.; Kondo, J. N.; Domen, K. Chem. Commun. 1998, 3, 357. doi: 10.1039/a707440i

    16. [16]

      Luevano-Hipolito, E.; Torres-Martinez, L.; Sanchez-Martinez, D.; Cruz, M. R. A. Int. J. Hydrog. Energy 2017, 42, 12997. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.03.192

    17. [17]

      Kwon, Y.; Soon, A.; Han, H.; Lee, H. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 156. doi: 10.1039/c4ta04863f

    18. [18]

      Wolcott, A.; Smith, W. A.; Kuykendall, T. R.; Zhao, Y.; Zhang, J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1849. doi: 10.1002/adfm.200801363

    19. [19]

      Takahara, Y.; Kondo, J.; Takata, T.; Lu, D.; Domen, K. Chem. Mater. 2001, 13, 1194. doi: 10.1021/cm000572i

    20. [20]

      Yu, H.; Sun, D.; Liu, J.; Fang, Y.; Li, C. Int. J. Hydrogen Energy 2016, 41, 17225. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.07.139

    21. [21]

      Bao, N.; Shen, L.; Takata, T.; Domen, K. Chem. Mater. 2008, 20, 110. doi: 10.1021/cm7029344

    22. [22]

      Li, Q.; Guo, B.; Yu, J.; Ran, J.; Zhang, B.; Yan, H.; Gong, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 10878. doi: 10.1021/ja2025454

    23. [23]

      Shen, S.; Zhao, L.; Guo, L. Int. J. Hydrog. Energy 2008, 33, 4501. doi: 10.1016/j.ijhydene.2008.05.043

    24. [24]

      Hong, Y.; Fang, Z.; Yin, B.; Luo, B.; Zhao, Y.; Shi, W.; Li, C. Int. J. Hydrog. Energy 2017, 42, 6738. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.12.055

    25. [25]

      Holladay, J. D.; Hu, J.; King, D. L.; Wang, Y. Catal. Today 2009, 139, 244. doi: 10.1016/j.cattod.2008.08.039

    26. [26]

      Low, J.; Yu, J.; Jaroniec, M.; Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A. Adv. Mater. 2017, 29, 1601694. doi: 10.1002/adma.201601694

    27. [27]

      Nikolaidis, P.; Poullikkas, A. Renew. Sustain. Energy Rev. 2017, 67, 597. doi: 10.1016/j.rser.2016.09.044

    28. [28]

      Lin, L.; Zhou, W.; Gao, R.; Yao, S.; Zhang, X.; Xu, W.; Zheng, S.; Jiang, Z.; Yu, Q.; Li, Y. Nature 2017, 544, 80. doi: 10.1038/nature21672

    29. [29]

      King, P. D. C.; Veal, T. D.; Fuchs, F.; Wang, C. Y.; Payne, D. J. Bourlange, A.; Zhang, H.; Bell, G. R.; Cimalla, V.; Ambacher, O. Phys. Rev. B 2009, 79, 205211. doi: 10.1103/PhysRevB.79.205211

    30. [30]

      Pan, Y.; You, Y.; Xin, S.; Li, Y.; Fu, G.; Cui, Z.; Men, Y.; Cao, F.; Yu, S.; Goodenough, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4123. doi: 10.1021/jacs.7b00266

    31. [31]

      Gan, J.; Lu, X.; Wu, J.; Xie, S.; Zhai, T.; Yu, M.; Zhang, Z.; Mao, Y.; Wang, S.; Shen, Y. Sci. Rep. 2013, 3, 1021. doi: 10.1038/srep01021

    32. [32]

      Cao, S.; Liu, X.; Yuan, Y.; Zhang, Z.; Liao, Y.; Fang, J.; Loo, S. C. J.; Sum, T. C.; Xue, C. Appl. Catal. B: Environ. 2014, 147, 940. doi: 10.1016/j.apcatb.2013.10.029

    33. [33]

      Ramos-Ramon, J. A.; Pal, U.; Cremades, A.; Maestre, D. Appl. Surf. Sci. 2018, 439, 1010. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.01.125

    34. [34]

      Wang, X.; Su, J.; Chen, H.; Li, G.; Shi, Z.; Zou, H.; Zou, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 16335. doi: 10.1021/acsami.7b04395

    35. [35]

      Liu, J.; Li, S.; Zhang, B.; Wang, Y.; Gao, Y.; Liang, X.; Wang, Y.; Lu, G. J. Colloid. Interface Sci. 2017, 504, 206. doi: 10.1016/j.jcis.2017.05.053

    36. [36]

      Jiang, Z.; Jiang, D.; Yan, Z.; Liu, D.; Qian, K.; Xie, J. Appl. Catal. B: Environ. 2015, 170, 195. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.01.041

    37. [37]

      Ma, D.; Shi, J.; Zou, Y.; Fan, Z.; Shi, J.; Cheng, L.; Sun, D.; Wang, Z.; Niu, C. Nanoscale 2018, 10, 7860. doi: 10.1039/c8nr00170g

    38. [38]

      Zhang, Y.; Zhang, J.; Nie, M.; Sun, K.; Li, C.; Yu, J. J. Nanopart. Res. 2015, 17, 322. doi: 10.1007/s11051-015-2887-7

    39. [39]

      Padmanathan, N.; Shao, H.; McNulty, D.; O'Dwyer, C.; Razeeb, K. M. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 4820. doi: 10.1039/c5ta10407f

    40. [40]

      Al-Resheedi, A.; Alhokbany, N. S.; Mahfouz, R. M. Mater. Res. 2014, 17, 346. doi: 10.1590/S1516-14392014005000019

    41. [41]

      Tahir, M.; Tahir, B.; Amin, N.; Alias, H. A. S.; Alias, H. Appl. Surface Sci. 2016, 389, 46. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.06.155

    42. [42]

      Wu, M.; Wang, C.; Zhao, Y.; Xiao, L.; Zhang, C.; Yu, X.; Luo, B.; Hu, B.; Fan, W.; Shi, W. CrystEngComm 2015, 17, 2336. doi: 10.1039/c4ce02262a

    43. [43]

      Huang, F.; Yang, W.; He, F.; Liu, S. Sensor. Actuat. B: Chem. 2016, 235, 86. doi: 10.1016/j.snb.2016.05.060

    44. [44]

      Chen, X.; Li, R.; Pan, X.; Huang, X.; Yi, Z. Chem. Eng. J. 2017, 320, 644. doi: 10.1016/j.cej.2017.03.072

    45. [45]

      Zhou, X.; Wu, J.; Li, Q.; Zeng, T.; Ji, Z.; He, P.; Pan, W.; Qi, X.; Wang, C.; Liang, P. J. Catal. 2017, 355, 26. doi: 10.1016/j.jcat.2017.09.006

    46. [46]

      Tian, N.; Zhang, Y.; Li, X.; Xiao, K.; Du, X.; Dong, F.; Waterhouse, G. I. N.; Zhang, T.; Huang, H. Nano Energy 2017, 38, 72. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.05.038

    47. [47]

      Zhang, G.; Lan, Z.; Wang, X. Chem. Sci. 2017, 8, 5261. doi: 10.1039/c7sc01747b

    48. [48]

      Zhang, G.; Lan, Z.; Lin, L.; Lin, S.; Wang, X. Chem. Sci. 2016, 7, 3062. doi: 10.1039/c5sc04572j

    49. [49]

      Fang, Z.; Hong, Y.; Li, D.; Luo, B.; Mao, B.; Shi, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 20521. doi: 10.1021/acsami.8b04783

    50. [50]

      Li, H.; Bian, Z.; Zhu, J.; Zhang, D.; Li, G.; Huo, Y.; Li, H.; Lu, Y. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8406. doi: 10.1021/ja072191c

    51. [51]

      Zhang, L.; Yu, J. Chem. Commun. 2003, 16, 2078. doi: 10.1039/b306013f

    52. [52]

      Tian, G.; Chen, Y.; Zhou, W.; Pan, K.; Tian, C.; Huang, X.; Fu, H. CrystEngComm 2011, 13, 2994. doi: 10.1039/c0ce00851f

    53. [53]

      Zhou, C.; Shi, R.; Shang, L.; Zhao, Y.; Waterhouse, G.; Wu, L.; Tung, C.; Zhang, T. ChemPlusChem 2017, 82, 181. doi: 10.1002/cplu.201600501

    54. [54]

      Zhou, C.; Shi, R.; Shang, L.; Zhao, Y.; Wu, L.; Tung, C.; Zhang, T. Chin. J. Catal. 2018, 39, 395. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62963-2

    55. [55]

      Shi, R.; Chao, Y.; Bao, Y.; Zhao, Y.; Waterhouse, G.; Fang, Z.; Wu, L.; Tung, C.; Yin, Y.; Zhang, T. Adv. Mater. 2017, 29, 1700803. doi: 10.1002/adma.201700803

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  52
  • HTML全文浏览量:  1
文章相关
  • 收稿日期:  2019-03-20
  • 接受日期:  2019-05-06
  • 修回日期:  2019-05-06
  • 网络出版日期:  2020-03-15
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