Controllable Synthesis of g-C3N4 Inverse Opal Photocatalysts for Superior Hydrogen Evolution

Yiwen Chen Lingling Li Quanlong Xu Düren Tina Jiajie Fan Dekun Ma

Citation:  Chen Yiwen, Li Lingling, Xu Quanlong, Tina Düren, Fan Jiajie, Ma Dekun. Controllable Synthesis of g-C3N4 Inverse Opal Photocatalysts for Superior Hydrogen Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(6): 2009080-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009080 shu

反蛋白石结构的g-C3N4可控合成及其优异的光催化产氢性能

    通讯作者: 徐全龙, xuql@wzu.edu.cn
    范佳杰, fanjiajie@zzu.edu.cn
    马德琨, dkma@wzu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 52073263

    浙江省自然科学基金 LR16B010002

    国家自然科学基金(21905209, 21673160, 52073263), 浙江省自然科学基金(LR16B010002)与国家留学基金(201907045030)资助

    国家自然科学基金 21905209

    国家留学基金 201907045030

    国家自然科学基金 21673160

摘要: 日渐严重的能源短缺和环境失衡问题已经阻碍了人类社会的进一步和长远可持续发展。能够将太阳能转化为可储存化学能的半导体基光催化技术被广泛的理解为一种经济和清洁的解决方式,比如光催化分解水。虽然被认为是有前途的光催化剂,g-C3N4低的比表面积极大地限制了其光催化性能。大孔-介孔结构可以为物质的传输和光的充分利用提供有效通道,从而提高光催化反应效率。本文中,具有反蛋白石(IO)结构的g-C3N4合理地通过紧密堆积的SiO2作为模板来制备得到。并且显示出超高比表面积(450.2 m2·g-1),表现出更好的光催化产氢速率(21.22 μmol·h-1),约为体相g-C3N4 (3.65 μmol·h-1)的六倍。相对于体相g-C3N4,IO g-C3N4表现了更好的可见光吸收能力, 这得益于3D多孔结构的多重光散射效应。同时,较低的荧光强度、更长的荧光寿命、更小的Nyquist半圆环和更强的光电流响应协同地抑制了光生载流子的复合,降低了界面电荷传输的电阻,促进了光生电子的形成。此外,氮空位的存在能够增强局部电子密度,氮气吸-脱附测试揭示了IO g-C3N4中存在丰富的中孔和大孔,高比表面积暴露更多的活性边界和催化中心。正如光学性质、电子顺磁共振和电化学表征结果所揭示的那样,那些有利因素,包括增强的光利用率、提高的光生电荷的分离、延长的荧光寿命都赋予具有反蛋白石结构的IO g-C3N4优越的光催化性能。这项工作为结构设计和光催化性能调制做出了重要贡献。

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  • 发布日期:  2021-06-15
  • 收稿日期:  2020-09-25
  • 接受日期:  2020-10-16
  • 修回日期:  2020-10-16
  • 网络出版日期:  2020-10-22
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

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