
Citation: Jianhua Ge, Yujie Liu, Daochuan Jiang, Lei Zhang, Pingwu Du. Integrating non-precious-metal cocatalyst Ni3N with g-C3N4 for enhanced photocatalytic H2 production in water under visible-light irradiation[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(2): 160-167. doi: S1872-2067(19)63283-3

非贵金属助催化剂Ni3N修饰g-C3N4用于可见光催化产氢的研究
石墨相氮化碳(g-C3N4)因其具有热稳定性、化学稳定性高以及制备成本低廉等优点,成为光催化领域研究的热点.然而,由于g-C3N4的禁带宽度(Eg=2.7eV)较宽,致使其对可见光的响应能力较弱,并且在光催化反应过程中其光生电子-空穴对易复合,从而导致其光催化产氢活性较低.因此,如何开发出含非贵金属助催化剂的g-C3N4高效、稳定的太阳光催化分解水制氢体系引起了人们极大的关注.
本文通过水热法-高温氨化法首次将非贵金属Ni3N作为助催化剂来修饰g-C3N4,增强其可见光光催化性能(λ >420nm).采用XRD、SEM、EDS、Mapping、UV-Vis、XPS和TEM等手段对Ni3N/g-C3N4光催化体系进行了表征.结果表明,Ni3N纳米颗粒成功的负载到g-C3N4表面且没有改变g-C3N4的层状结构.此外,采用荧光光谱分析(PL)、阻抗测试(EIS)和光电流谱进行表征,结果显示,Ni3N纳米颗粒可有效促进催化剂中光生载流子的传输与分离,抑制电子-空穴对的复合.同时,将功率为300W且装有紫外滤光片(λ > 420nm)的氙灯作为可见光光源进行光催化产氢实验结果表明,引入了一定量的Ni3N可以极大提高g-C3N4的光催化活性,其中,Ni3N/g-C3N4#3的产氢量为~305.4μmol·h-1·g-1,大约是单体g-C3N4的3倍.此外,在450nm单色光照射下,Ni3N/g-C3N4光催化产氢体系的量子效率能达到~0.45%,表明Ni3N/g-C3N4具有将入射电子转化为氢气的能力.循环产氢实验表明,Ni3N/g-C3N4在光催化产氢过程中有着较好的产氢活性和稳定性.最后,阐述了Ni3N/g-C3N4体系的光催化产氢反应机理.本文采用的原料价格低廉,性能优异,制备简单,所制材料在光催化制氢领域展现出重要前景.
English
Integrating non-precious-metal cocatalyst Ni3N with g-C3N4 for enhanced photocatalytic H2 production in water under visible-light irradiation
-
Key words:
- Photocatalysis
- / Ni3N
- / Cocatalyst
- / Hydrogen evolution
- / g-C3N4
-
-
[1] X. C. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carls-son, K. Domen, M. Antonietti, Nat. Mater., 2009, 8, 76-80.
-
[2] W. J. Ong, L. L. Tan, Y. H. Ng, S. T. Yong, S. P. Chai, Chem. Rev. 2016, 16, 159-7329.
-
[3] L. G. Kong, Y. M. Dong, P. P. Jiang, G. L. Wang, H. Z. Zhang, N. Zhao, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 9998-10007.
-
[4] Z. A. Lan, G. G. Zhang, X. C. Wang, Appl. Catal. B, 2016, 192, 116-125.
-
[5] G. G. Zhang, Z. A. Lan, L. H. Lin, S. Lin, X. C. Wang, Chem. Sci., 2016, 7, 3062-3066.
-
[6] Z. J. Sun, H. L. Chen, L. Zhang, D. P. Lu, P. W. Du, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 13289-13295.
-
[7] S. W. Cao, Q. Huang, B. C. Zhu, J. G. Yu, J. Power Sources, 2017, 351, 151-159.
-
[8] F. Chen, H. Yang, X. F. Wang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 296-304.
-
[9] J. Jiang, S. W. Cao, C. G. Hu, C. H. Chen, Chin. J. Catal., 2017, 38, 1981-1989.
-
[10] W. J. Ong, L. L. Tan, S. P. Chai, S. T. Yong, A. R. Mohamed, Nano Energy, 2015, 13, 757-770.
-
[11] X. D. Sun, Y. Y. Li, J. Zhou, H. M. Cheng, Y. Wang, J. H. Zhu, J. Colloid Interface Sci., 2015, 451, 108-116.
-
[12] K. K. Han, C. C. Wang, Y. Y. Li, M. M. Wan, Y. Wang, J. H. Zhu, RSC Adv., 2013, 3, 9465-9469.
-
[13] B. Shen, Z. H. Hong, Y. L. Chen, B. Z. Lin, B. F. Gao, Mater. Lett., 2014, 118, 208-211.
-
[14] Q. Yu, S. Guo, X. Li, M. Zhang, Mater. Technol., 2014, 29, 172-178.
-
[15] Z. F. Jiang, W. M. Wan, H. M. Li, S. Q. Yuan, H. J. Zhao, P. K. Wong, Adv. Mater., 2018, 30, 1706108.
-
[16] X. J. She, J. J. Wu, H. Xu, J. Zhong, Y. Wang, Y. H. Song, K. Q. Nie, Y. Liu, Y. C. Yang, M. T. F. Rodrigues, R. Vajtai, J. Lou, D. L. Du, H. M. Li, P. M. Ajayan, Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1700025.
-
[17] P. W. Du, R. Eisenberg, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 6012-6021.
-
[18] R. M. Irfan, D. Jiang, Z. J. Sun, D. P. Lu, P. W. Du, Dalton Trans., 2016, 45, 12897-12905.
-
[19] D. C. Jiang, X. Chen, Z. Zhang, L. Zhang, Y. Wang, Z. J. Sun, R. M. Irfan, P. W. Du, J. Catal., 2017, 357, 147-153.
-
[20] Z. J. Sun, H. F. Zheng, J. S. Li, P. W. Du, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 2668-2676.
-
[21] D. C. Jiang, L. Zhu, R. M. Irfan, L. Zhang, P. W. Du, Chin. J. Catal., 2017, 38, 2102-2109.
-
[22] Z. P. Yan, Z. J. Sun, X. Liu, H. X. Jia, P. W. Du, Nanoscale, 2016, 8, 4748-4756.
-
[23] A. Rauf, M. Ma, S. Kim, M. S. A. Sher Shah, C. H. Chung, J. H. Park, P. J. Yoo, Nanoscale, 2018, 10, 3026-3036.
-
[24] Z. J. Sun, H. L. Chen, Q. Huang, P. W. Du, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 4964-4967.
-
[25] Q. D. Yue, Y. Y. Wan, Z. J. Sun, X. J. Wu, Y. P. Yuan, P. W. Du, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 16941-16947.
-
[26] M. Shalom, D. Ressnig, X. F. Yang, G. Clavel, T. P. Fellinger, M. Antonietti, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 8171-8177.
-
[27] M. Shalom, V. Molinari, D. Esposito, G. Clavel, D. Ressnig, C. Giordano, M. Antonietti, Adv. Mater., 2014, 26, 1272-1276.
-
[28] K. Xu, P. Z. Chen, X. L. Li, Y. Tong, H. Ding, X. J. Wu, W. S. Chu, Z. M. Peng, C. Z. Wu, Y. Xie, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 4119-4125.
-
[29] X. H. Li, X. C. Wang, M. Antonietti, ACS Catal., 2012, 2, 2082-2086.
-
[30] X. Wang, K. Maeda, A. Thomas, K. Takanabe, G. Xin, J. M. Carlsson, K. Domen and M. Antonietti, Nat. Mater., 2009, 8, 76-80.
-
[31] P. Ye, X. L. Liu, J. Iocozzia, Y. P. Yuan, L. N. Gu, G. S. Xu, Z. Q. Lin, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 8493-8498.
-
[32] H. Wang, Y. Su, H. X. Zhao, H. T. Yu, S. Chen, Y. B. Zhang, X. Quan, Environ. Sci. Technol., 2014, 48, 11984-11990.
-
[33] J. J. Xue, S. S. Ma, Y. M. Zhou, Z. W. Zhang, M. He, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 9630-9637.
-
[34] J. H. Ge, X. T. Guo, X. Xu, P. P. Zhang, J. L. Zhu, J. B. Wang, RSC Adv., 2015, 5, 49598-49605.
-
[35] W. H. Leng, Z. Zhang, J. Q. Zhang, C. N. Cao, J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 15008-15023.
-
[36] S. M. Liu, J. L. Zhu, Q. Yang, P. P. Xu, J. H. Ge, X. T. Guo, Photochem. Photobiol., 2015, 91, 1302-1308.
-
-

计量
- PDF下载量: 6
- 文章访问数: 1177
- HTML全文浏览量: 76