Construction of 1D/2D W18O49/Porous g-C3N4 S-Scheme Heterojunction with Enhanced Photocatalytic H2 Evolution

Yue Huang Feifei Mei Jinfeng Zhang Kai Dai Graham Dawson

Citation:  Yue Huang, Feifei Mei, Jinfeng Zhang, Kai Dai, Graham Dawson. Construction of 1D/2D W18O49/Porous g-C3N4 S-Scheme Heterojunction with Enhanced Photocatalytic H2 Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(7): 2108028-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202108028 shu

一维/二维W18O49/多孔g-C3N4梯形异质结构建及其光催化析氢性能研究

    通讯作者: 张金锋, jfzhang@chnu.edu.cn
    代凯, daikai940@chnu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51572103

    国家自然科学基金 51973078

    安徽省杰出青年基金 1808085J14

    安徽省教育厅重大项目 KJ2020ZD005

摘要: 提高光催化分解水制氢的效率是能量转换领域的关键挑战。本研究首先合成了二维多孔氮化碳(PCN),然后在二维PCN上原位生长了一维W18O49 (WO),形成了一种新型的梯形(S型)异质结。该异质结可以加快界面电荷的分离和转移,赋予WO/PCN体系更好的氧化还原能力。此外,具有多孔结构的PCN提供了更多的催化活性位点。与WO和PCN相比,20% WO/PCN复合材料具有更高的H2产率(1700 μmol·g-1·h-1),是PCN (30 μmol·g-1·h-1)的56倍。本研究提供了一种新S型光催化剂用于光催化制氢领域。

English

    1. [1]

      Ren, Y.; Li, Y.; Wu, X.; Wang, J.; Zhang, G. Chin. J. Catal. 2021, 42, 69. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63631-2

    2. [2]

      Kuang, P.; Wang, Y.; Zhu, B.; Xia, F.; Tung, C. W.; Wu, J.; Chen, H. M.; Yu, J. Adv. Mater. 2021, 33, 2008599. doi: 10.1002/adma.202008599

    3. [3]

      Zhang, Y.; Xu, J.; Mei, J.; Sarina, S.; Wu, Z.; Liao, T.; Yan, C.; Sun, Z. J. Hazard. Mater. 2020, 394, 122529. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122529

    4. [4]

      赫荣安, 陈容, 罗金花, 张世英, 许第发. 物理化学学报, 2021, 37, 2011022. doi: 10.3866/PKU.WHXB202011022He, R.; Chen, R.; Luo, J.; Zhang, S.; Xu, D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2011022. doi: 10.3866/PKU.WHXB202011022

    5. [5]

      Su, Q.; Li, Y.; Hu, R.; Song, F.; Liu, S.; Guo, C.; Zhu, S.; Liu, W.; Pan, J. Adv. Sustain. Syst. 2020, 4, 2000130. doi: 10.1002/adsu.202000130

    6. [6]

      Li, Z.; Huang, W.; Liu, J.; Lv, K.; Li, Q. ACS Catal. 2021, 11, 8510. doi: 10.1021/acscatal.1c02018

    7. [7]

      Zhao, Y.; Shao, C.; Lin, Z.; Jiang, S.; Song, S. Small 2020, 16, 2000944. doi: 10.1002/smll.202000944

    8. [8]

      Liu, H.; Yu, J.; Chen, Y.; Zhou, Z.; Xiong, G.; Zeng, L.; Li, H.; Liu, Z.; Zhao, L.; Wang, J.; et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 2362. doi: 10.1021/acsami.9b17216

    9. [9]

      Moniruddin, M.; Oppong, E.; Stewart, D.; McCleese, C.; Roy, A.; Warzywoda, J.; Nuraje, N. Inorg. Chem. 2019, 58, 12325. doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b01854

    10. [10]

      Mo, Z.; Xu, H.; She, X.; Song, Y.; Yan, P.; Yi, J.; Zhu, X.; Lei, Y.; Yuan, S.; Li, H. Appl. Surf. Sci. 2019, 467, 151. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.10.115

    11. [11]

      姜志民, 陈晴, 郑巧清, 沈荣晨, 张鹏, 李鑫. 物理化学学报, 2021, 37, 2010059. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010059Jiang, Z.; Chen, Q.; Zheng, Q.; Shen, R.; Zhang, P.; Li, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010059. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010059

    12. [12]

      Xu, F.; Meng, K.; Cheng, B.; Wang, S.; Xu, J.; Yu, J. Nat. Commun. 2020, 11, 4613. doi: 10.1038/s41467-020-18350-7

    13. [13]

      Kshirsagar, A. S.; Khanna, P. K. Mater. Chem. Front. 2019, 3, 437. doi: 10.1039/c8qm00537k

    14. [14]

      Lin, J.; Sun, T.; Li, M.; Yang, J.; Shen, J.; Zhang, Z.; Wang, Y.; Zhang, X.; Wang, X. J. Catal. 2019, 372, 8. doi: 10.1016/j.jcat.2019.02.019

    15. [15]

      Wang, J.; Wang, G.; Cheng, B.; Yu, J.; Fan, J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 56. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63634-8

    16. [16]

      梅子慧, 王国宏, 严素定, 王娟. 物理化学学报, 2021, 37, 2009097. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009097Mei, Z.; Wang, G.; Yan, S.; Wang, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2009097. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009097

    17. [17]

      Wu, Q.; Cheng, Y.; Huang, F.; Li, X.; Cui, X.; Xu, J.; Wang, Y. J. Hazard. Mater. 2019, 374, 287. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.04.035

    18. [18]

      Meng, A.; Cheng, B.; Tan, H.; Fan, J.; Su, C.; Yu, J. Appl. Catal. B 2021, 289, 120039. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120039

    19. [19]

      Jeon, J. P.; Kweon, D. H.; Jang, B. J.; Ju, M. J.; Baek, J. B. Adv. Sustain. Syst. 2020, 4, 2000197. doi: 10.1002/adsu.202000197

    20. [20]

      Xiao, Y.; Tao, X.; Qiu, G.; Dai, Z.; Gao, P.; Li, B. J. Colloid Interface Sci. 2019, 550, 99. doi: 10.1016/j.jcis.2019.04.081

    21. [21]

      Jiang, M.; Li, C.; Huang, K.; Wang, Y.; Liu, J. H.; Geng, Z.; Hou, X.; Shi, J.; Feng, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 35113. doi: 10.1021/acsami.0c11072

    22. [22]

      Shen, C. H.; Wen, X. J.; Fei, Z. H.; Liu, Z. T.; Mu, Q. M. J. Colloid Interface Sci. 2020, 579, 297. doi: 10.1016/j.jcis.2020.06.075

    23. [23]

      Zhang, N.; Jalil, A.; Wu, D.; Chen, S.; Liu, Y.; Gao, C.; Ye, W.; Qi, Z.; Ju, H.; Wang, C.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9434. doi: 10.1021/jacs.8b02076

    24. [24]

      Zhang, M.; Cheng, G.; Wei, Y.; Wen, Z.; Chen, R.; Xiong, J.; Li, W.; Han, C.; Li, Z. J. Colloid Interface Sci. 2020, 572, 306. doi: 10.1016/j.jcis.2020.03.090

    25. [25]

      Wang, B.; Chen, C.; Jiang, Y.; Ni, P.; Zhang, C.; Yang, Y.; Lu, Y.; Liu, P. Chem. Eng. J. 2021, 412, 128690. doi: 10.1016/j.cej.2021.128690

    26. [26]

      Wang, K.; Li, J.; Zhang, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 27686. doi: 10.1021/acsami.9b05074

    27. [27]

      Huo, Y.; Zhang, J.; Wang, Z.; Dai, K.; Pan, C.; Liang, C. J. Colloid Interface Sci. 2021, 585, 684. doi: 10.1016/j.jcis.2020.10.048

    28. [28]

      Qin, D.; Xia, Y.; Li, Q.; Yang, C.; Qin, Y.; Lv, K. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 206. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.034

    29. [29]

      Liu, D.; Zhang, S.; Wang, J.; Peng, T.; Li, R. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 27913. doi: 10.1021/acsami.9b08329

    30. [30]

      Liang, Y.; Xu, W.; Fang, J.; Liu, Z.; Chen, D.; Pan, T.; Yu, Y.; Fang, Z. Appl. Catal. B 2021, 295, 120279. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120279

    31. [31]

      Zhang, B.; Hu, X.; Liu, E.; Fan, J. Chin. J. Catal. 2021, 42, 1519. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63765-2

    32. [32]

      Mei, F.; Li, Z.; Dai, K.; Zhang, J.; Liang, C. Chin. J. Catal. 2020, 41, 41. doi: 10.1016/s1872-2067(19)63389-9

    33. [33]

      Yang, Y.; Zhang, D.; Fan, J.; Liao, Y.; Xiang, Q. Sol. RRL 2020, 5, 2000351. doi: 10.1002/solr.202000351

    34. [34]

      Li, Q.; Zhao, W.; Zhai, Z.; Ren, K.; Wang, T.; Guan, H.; Shi, H. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 56, 216. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.038

    35. [35]

      Cheng, C.; He, B.; Fan, J.; Cheng, B.; Cao, S.; Yu, J. Adv. Mater. 2021, 33, 2100317. doi: 10.1002/adma.202100317

    36. [36]

      Liu, L.; Dai, K.; Zhang, J.; Li, L. J. Colloid Interface Sci. 2021, 604, 844. doi: 10.1016/j.jcis.2021.07.064

    37. [37]

      He, F.; Meng, A.; Cheng, B.; Ho, W.; Yu, J. Chin. J. Catal. 2020, 41, 9. doi: 10.1016/s1872-2067(19)63382-6

    38. [38]

      Ke, X.; Zhang, J.; Dai, K.; Fan, K.; Liang, C. Sol. RRL 2021, 5, 2000805. doi: 10.1002/solr.202000805

    39. [39]

      He, R.; Liu, H.; Liu, H.; Xu, D.; Zhang, L. J. Mater. Sci. Technol. 2020, 52, 145. doi: 10.1016/j.jmst.2020.03.027

    40. [40]

      陈锐杰, 李娣, 方振远, 黄元勇, 罗必富, 施伟东. 物理化学学报, 2020, 36, 1903047. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903047Chen, R.; Li, D.; Fang, Z.; Huang, Y.; Luo, B.; Shi, W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1903047. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903047

    41. [41]

      Li, X.; Mei, F.; Zhang, J.; Dai, K.; Liang, C. Appl. Surf. Sci. 2020, 507, 145213. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.145213

    42. [42]

      Zhuang, Y.; Liu, Y.; Meng, X. Appl. Surf. Sci. 2019, 496, 143647. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.143647

    43. [43]

      Peng, J.; Shen, J.; Yu, X.; Tang, H.; Zulfiqar; Liu, Q. Chin. J. Catal. 2021, 42, 87. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63595-1

    44. [44]

      Li, Q.; Shi, T.; Li, X.; Lv, K.; Li, M.; Liu, F.; Li, H.; Lei, M. Appl. Catal. B 2018, 229, 8. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.01.078

    45. [45]

      Vu, M. H.; Nguyen, C. C.; Do, T. O. ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 12321. doi: 10.1021/acssuschemeng.0c04662

    46. [46]

      Yang, Y.; Zhang, X.; Niu, C.; Feng, H.; Qin, P.; Guo, H.; Liang, C.; Zhang, L.; Liu, H.; Li, L. Appl. Catal. B 2020, 264, 118465. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118465

    47. [47]

      Sun, S.; Gou, X.; Tao, S.; Cui, J.; Li, J.; Yang, Q.; Liang, S.; Yang, Z. Mater. Chem. Front. 2019, 3, 597. doi: 10.1039/c8qm00577j

    48. [48]

      Yan, J.; Wang, C.; Ma, H.; Li, Y.; Liu, Y.; Suzuki, N.; Terashima, C.; Fujishima, A.; Zhang, X. Appl. Catal. B 2020, 268, 118401. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118401

    49. [49]

      Li, X.; Zhang, J.; Huo, Y.; Dai, K.; Li, S.; Chen, S. Appl. Catal. B 2021, 280, 119452. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119452

    50. [50]

      Xie, Y.; Zhuo, Y.; Liu, S.; Lin, Y.; Zuo, D.; Wu, X.; Li, C.; Wong, P. K. Sol. RRL 2020, 4, 1900440. doi: 10.1002/solr.201900440

    51. [51]

      Hu, T.; Dai, K.; Zhang, J.; Chen, S. Appl. Catal. B 2020, 269, 118844. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118844

    52. [52]

      Liu, Y.; Liu, H.; Zhou, H.; Li, T.; Zhang, L. Appl. Surf. Sci. 2019, 466, 133. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.10.027

    53. [53]

      Xu, X.; Luo, F.; Tang, W.; Hu, J.; Zeng, H.; Zhou, Y. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804055. doi: 10.1002/adfm.201804055

    54. [54]

      Deng, Y.; Tang, L.; Feng, C.; Zeng, G.; Chen, Z.; Wang, J.; Feng, H.; Peng, B.; Liu, Y.; Zhou, Y. Appl. Catal. B 2018, 235, 225. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.04.075

    55. [55]

      Fei, X.; Zhang, L.; Yu, J.; Zhu, B. Front. Nanotechnol. 2021, 3, 698351. doi: 10.3389/fnano.2021.698351

    56. [56]

      刘阳, 郝旭强, 胡海强, 靳治良. 物理化学学报, 2021, 37, 2008030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030Liu, Y.; Hao, X.; Hu, H.; Jin, Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2008030. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008030

    57. [57]

      Zhu, B.; Tan, H.; Fan, J.; Cheng, B.; Yu, J.; Ho, W. J. Materiomics 2021, 7, 988. doi: 10.1016/j.jmat.2021.02.015

    58. [58]

      Wageh, S.; Ahmed A., A. G. a.; Rashida, J.; Xin, L.; Peng, Z. Chin. J. Catal. 2021, 42, 667. doi: 10.1016/S1872-2067(20)63705-6

    59. [59]

      Bao, Y.; Song, S.; Yao, G.; Jiang, S. Sol. RRL 2021, 5, 2100118. doi: 10.1002/solr.202100118

    60. [60]

      Shen, R.; Lu, X.; Zheng, Q.; Chen, Q.; Ng, Y. H.; Zhang, P.; Li, X. Sol. RRL 2021, 5, 2100177. doi: 10.1002/solr.202100177

    61. [61]

      Xia, P.; Cao, S.; Zhu, B.; Liu, M.; Shi, M.; Yu, J.; Zhang, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5218. doi: 10.1002/anie.201916012

    62. [62]

      Liu, L.; Hu, T.; Dai, K.; Zhang, J.; Liang, C. Chin. J. Catal. 2021, 42, 46. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63560-4

    63. [63]

      Wang, R.; Shen, J.; Zhang, W.; Liu, Q.; Zhang, M.; Zulfiqar; Tang, H. Ceram. Int. 2020, 46, 23. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.08.226

    64. [64]

      Xu, Q.; Zhang, L.; Cheng, B.; Fan, J.; Yu, J. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

    65. [65]

      刘丽君. 物理化学学报, 2021, 37, 2010024. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010024Wageh, S.; Al-Ghamdi, A. A.; Liu, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010024. Wageh, S., Al-Ghamdi, A. A.,

    66. [66]

      Xiang, X.; Zhu, B.; Cheng, B.; Yu, J.; Lv, H. Small 2020, 16, 2001024. doi: 10.1002/smll.202001024

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  198
  • HTML全文浏览量:  70
文章相关
  • 发布日期:  2022-07-15
  • 收稿日期:  2021-08-19
  • 接受日期:  2021-09-04
  • 修回日期:  2021-08-30
  • 网络出版日期:  2021-09-09
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