Construction of Pt-M (M = Co, Ni, Fe)/g-C3N4 Composites for Highly Efficient Photocatalytic H2 Generation

Liang Wang Chenglu Zhu Lisha Yin Wei Huang

Citation:  Wang Liang, Zhu Chenglu, Yin Lisha, Huang Wei. Construction of Pt-M (M = Co, Ni, Fe)/g-C3N4 Composites for Highly Efficient Photocatalytic H2 Generation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(7): 1907001-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907001 shu

Pt-M (M = Co, Ni, Fe)/g-C3N4复合材料构建及其高效光解水制氢性能

    通讯作者: 殷丽莎, iamlsyin@njtech.edu.cn
  • 基金项目:

    江苏省自然科学基金(BK20160987)资助项目

    江苏省自然科学基金 BK20160987

摘要: 铂(Pt)是公认的优秀助催化剂:一方面,Pt能抑制光催化过程中光生载流子的复合;另一方面,Pt能降低光解水制氢反应过电势。尽管如此,高昂的价格和极低的丰度限制了Pt在光解水制氢中的应用。Pt基过渡金属合金在多种催化反应中呈现出卓越的催化性能,是潜在的助催化材料。在本工作中,我们利用Co、Ni、Fe等过渡金属部分取代贵金属Pt,并以乙二醇为还原剂,通过原位还原H2PtCl6和过渡金属盐制备了Pt-M/g-C3N4 (M = Co, Ni, Fe)复合材料。在可见光照射下,1% (w) Pt2.5M/g-C3N4 (M = Co, Ni, Fe)均表现出比同样条件下Pt负载的复合材料更高或者相当的光解水制氢性能。其次,我们通过调节Pt/Co的原子比例以及Pt-Co合金的负载量进一步优化了光催化性能。结果显示:1% (w) Pt2.5Co/g-C3N4复合材料表现出最高的光解水制氢性能,是同样条件下Pt负载的1.6倍。电化学阻抗谱(EIS)和光致发光光谱(PL)表明光催化性能的提升得益于电子从g-C3N4向Pt2.5Co的有效传输以及光生载流子复合被有效抑制。这一工作显示Pt基过渡金属合金在高效光解水制氢中具有潜在的应用前景,对于开发低成本、高效助催化剂具有一定的指导意义。

English

    1. [1]

      Cao, S.; Low, J.; Yu, J.; Jaroniec, M. Adv. Mater. 2015, 27, 2150. doi: 10.1002/adma.201500033 doi: 10.1002/adma.201500033

    2. [2]

      Ong, W. J.; Tan, L. L.; Ng, Y. H.; Yong, S. T.; Chai, S. P. Chem. Rev. 2016, 116, 7159. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00075 doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00075

    3. [3]

      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 doi: 10.1038/nmat2317

    4. [4]

      Huang, P.; Huang, J.; Pantovich, S. A.; Carl, A. D.; Fenton, T. G.; Caputo, C. A.; Grimm, R. L.; Frenkel, A. I.; Li, G. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16042. doi: 10.1021/jacs.8b10380 doi: 10.1021/jacs.8b10380

    5. [5]

      Li, J.; Wu, D.; Iocozzia, J.; Du, H.; Liu, X.; Yuan, Y.; Zhou, W.; Li, Z.; Xue, Z.; Lin, Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1985. doi: 10.1002/anie.201813117 doi: 10.1002/anie.201813117

    6. [6]

      Zhou, Z.; Zhang, Y.; Shen, Y.; Liu, S.; Zhang, Y. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 2298. doi: 10.1039/c7cs00840f doi: 10.1039/c7cs00840f

    7. [7]

      Xiao, Y.; Tian, G.; Li, W.; Xie, Y.; Jiang, B.; Tian, C.; Zhao, D.; Fu, H. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2508. doi: 10.1021/jacs.8b12428 doi: 10.1021/jacs.8b12428

    8. [8]

      Zou, X.; Zhang, Y. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5148. doi: 10.1039/c4cs00448e doi: 10.1039/c4cs00448e

    9. [9]

      Toshima, N.; Yonezawa, T. New J. Chem. 1998, 22, 1179. doi: 10.1039/a805753b doi: 10.1039/a805753b

    10. [10]

      韩萌茹, 周亚男, 周旋, 储伟.物理化学学报, 2019, 35, 850. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811040Han, M. R.; Zhou, Y. A.; Zhou, X.; Chu, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 850. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811040

    11. [11]

      Di, Y.; Wang, X.; Thomas, A.; Antonietti, M. ChemCatChem 2010, 2, 834. doi: 10.1002/cctc.201000057 doi: 10.1002/cctc.201000057

    12. [12]

      Li, X. H.; Antonietti, M. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6593. doi: 10.1039/c3cs60067j doi: 10.1039/c3cs60067j

    13. [13]

      Li, X.; Bi, W.; Zhang, L.; Tao, S.; Chu, W.; Zhang, Q.; Luo, Y.; Wu, C.; Xie, Y. Adv. Mater. 2016, 28, 2427. doi: 10.1002/adma.201505281 doi: 10.1002/adma.201505281

    14. [14]

      Yuan, Y. P.; Ruan, L. W.; Barber, J.; Loo, S. C. J.; Xue, C. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 3934. doi: 10.1039/c4ee02914c doi: 10.1039/c4ee02914c

    15. [15]

      Morales Guio, C. G.; Stern, L. A.; Hu, X. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6555. doi: 10.1039/c3cs60468c doi: 10.1039/c3cs60468c

    16. [16]

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

    17. [17]

      Yang, J.; Wang, D.; Han, H.; Li, C. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1900. doi: 10.1021/ar300227e doi: 10.1021/ar300227e

    18. [18]

      Yu, J.; Qi, L.; Jaroniec, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 13118. doi: 10.1021/jp104488b doi: 10.1021/jp104488b

    19. [19]

      Wang, Y.; Wang, Y.; Xu, R. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 783. doi: 10.1021/jp309603c doi: 10.1021/jp309603c

    20. [20]

      Maeda, K.; Wang, X.; Nishihara, Y.; Lu, D.; Antonietti, M.; Domen, K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4940. doi: 10.1021/jp809119m doi: 10.1021/jp809119m

    21. [21]

      Zeb Gul Sial, M. A.; Ud Din, M. A.; Wang, X. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6175. doi: 10.1039/c8cs00113h doi: 10.1039/c8cs00113h

    22. [22]

      Wu, J.; Zhang, J.; Peng, Z.; Yang, S.; Wagner, F. T.; Yang, H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4984. doi: 10.1021/ja100571h doi: 10.1021/ja100571h

    23. [23]

      Murthi, V. S.; Urian, R. C.; Mukerjee, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11011. doi: 10.1021/jp048985k doi: 10.1021/jp048985k

    24. [24]

      Stamenkovic, V.; Schmidt, T. J.; Ross, P. N.; Markovic, N. M. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11970. doi: 10.1021/jp021182h doi: 10.1021/jp021182h

    25. [25]

      Travitsky, N.; Ripenbein, T.; Golodnitsky, D.; Rosenberg, Y.; Burshtein, L.; Peled, E. J. Power Sources 2006, 161, 782. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.05.035 doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.05.035

    26. [26]

      Huang, S.; He, Q.; Zai, J.; Wang, M.; Li, X.; Li, B.; Qian, X. Chem. Commun. 2015, 51, 8950. doi: 10.1039/c5cc02584b doi: 10.1039/c5cc02584b

    27. [27]

      Yin, L.; Yuan, Y. P.; Cao, S. W.; Zhang, Z.; Xue, C. RSC Adv. 2014, 4, 6127. doi: 10.1039/c3ra46362a doi: 10.1039/c3ra46362a

    28. [28]

      Hu, Z.; Yu, J. C. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 12221. doi: 10.1039/c3ta12407j doi: 10.1039/c3ta12407j

    29. [29]

      Zhao, H.; Dong, J.; Xing, S.; Li, Y.; Shen, J.; Xu, J. Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 9551. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.05.015 doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.05.015

    30. [30]

      Han, C.; Lu, Y.; Zhang, J.; Ge, L.; Li, Y.; Chen, C.; Xin, Y.; Wu, L.; Fang, S. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 23274. doi: 10.1039/c5ta05370f doi: 10.1039/c5ta05370f

    31. [31]

      Chang, F.; Shan, S.; Petkov, V.; Skeete, Z.; Lu, A.; Ravid, J.; Wu, J.; Luo, J.; Yu, G.; Ren, Y.; Zhong, C. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12166. doi: 10.1021/jacs.6b05187 doi: 10.1021/jacs.6b05187

    32. [32]

      Chen, H.; Wang, D.; Yu, Y.; Newton, K. A.; Muller, D. A.; Abruña, H.; DiSalvo, F. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18453. doi: 10.1021/ja308674b doi: 10.1021/ja308674b

    33. [33]

      Choi, S. I.; Lee, S. U.; Kim, W. Y.; Choi, R.; Hong, K.; Nam, K. M.; Han, S. W.; Park, J. T. ACS Appl. Mater. Interf. 2012, 4, 6228. doi: 10.1021/am301824w doi: 10.1021/am301824w

    34. [34]

      Wakisaka, M.; Mitsui, S.; Hirose, Y.; Kawashima, K.; Uchida, H.; Watanabe, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23489. doi: 10.1021/jp0653510 doi: 10.1021/jp0653510

    35. [35]

      Li, Y. H.; Xing, J.; Chen, Z. J.; Li, Z.; Tian, F.; Zheng, L. R.; Wang, H. F.; Hu, P.; Zhao, H. J.; Yang, H. G. Nat. Commun. 2013, 4, 2500. doi: 10.1038/ncomms3500 doi: 10.1038/ncomms3500

    36. [36]

      Greeley, J.; Mavrikakis, M. Nat. Mater. 2004, 3, 810. doi: 10.1038/nmat1223 doi: 10.1038/nmat1223

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  19
  • HTML全文浏览量:  2
文章相关
  • 发布日期:  2020-07-15
  • 收稿日期:  2019-07-01
  • 修回日期:  2019-08-26
  • 网络出版日期:  2019-09-05
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