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構(gòu)筑S型Co3O4/g-C3N4異質(zhì)結(jié)以增強(qiáng)光催化產(chǎn)氫性能
閱讀：1016 發(fā)布時(shí)間：2023-5-301.文章信息
標(biāo)題： Construction of S-scheme Co3O4/g-C3N4 heterojunctions with boosted photocatalytic H2 production performance
中文標(biāo)題： 構(gòu)筑S型Co3O4/g-C3N4異質(zhì)結(jié)以增強(qiáng)光催化產(chǎn)氫性能
頁碼： 102838
DOI： 10.1016/j.surfin.2023.102838
2. 期刊信息
期刊名： Surfaces and Interfaces
ISSN： 2468-0230
2022年影響因子： 6.14
分區(qū)信息： JCR分區(qū)（Q1）,中科院2區(qū)
涉及研究方向： 材料科學(xué)
3. 作者信息：第一作者是 四川輕化工大學(xué),，許正東 ,。通訊作者為 四川輕化工大學(xué)鐘俊波教授和李敏嬌教授,。
4.光反應(yīng)儀型號：CEL-PEAM-D6;氣相色譜型號：GC7920
文章簡介：
人們普遍認(rèn)為采用環(huán)境兼容和可再生能源轉(zhuǎn)換的方案是長期可持續(xù)發(fā)展的很好選擇。在緩解能源危機(jī)的眾多能源中,，氫能因其存儲,、運(yùn)輸方便、能量密度高等諸多優(yōu)勢而被人們普遍接受。目前,，大多數(shù)制氫技術(shù)仍依賴于化石能源消耗,。因此，如何加速制氫方案轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)具有非凡的意義,。利用太陽能光催化裂解水產(chǎn)生氫氣是理想的方法之一,，因?yàn)樘柲苁侨≈槐M、無污染的,。光催化法制備氫氣的純度高,，可直接利用。此外,，光催化技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的清除,，如降解微生物難以解毒的有機(jī)染料、有機(jī)氟化物和抗生素,，以及重金屬的解毒,。然而，光催化技術(shù)的核心是光催化劑,，因此設(shè)計(jì)一種高效穩(wěn)定的光催化劑來減少生態(tài)破壞是必要的,。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員探索了大量的光催化劑,，并對其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性進(jìn)行了研究和驗(yàn)證,。在所有的光催化劑中，g-C3N4因其特色的石墨狀二維層狀結(jié)構(gòu)而引起了研究人員的最大興趣,。根據(jù)最近的報(bào)道,，g-C3N4中的C和N原子是通過共價(jià)鍵結(jié)合的，類似于苯環(huán)的六邊形蜂窩結(jié)構(gòu),。環(huán)與N原子相連,，通過氫鍵層層疊加形成塊狀結(jié)構(gòu)，使g-C3N4具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì),。同時(shí),，g-C3N4成本低、制備工藝簡單,、無毒,、帶隙合適等諸多優(yōu)點(diǎn)，使g-C3N4成為太陽能光催化技術(shù)發(fā)展中很有前途的材料,。而g-C3N4作為單一光催化劑,，由于比表面積小，光誘導(dǎo)載體分離轉(zhuǎn)移緩慢,，光催化活性較低,。
因此,，為了滿足實(shí)際應(yīng)用，探索和嘗試了多種方法來進(jìn)一步改善g-C3N4的光催化性能,，其中主要方法包括原子摻雜,、貴金屬沉積、形態(tài)調(diào)控和缺陷構(gòu)造,。其中，引入缺陷被證明是提高純g-C3N4活性的一種可靠方法,。缺陷g-C3N4的研究是近年來光催化領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn),。缺陷可以在光催化劑本體或表面引入。其中,，表面空位作為缺陷之一可以捕獲電子,，促進(jìn)光生電子在界面上的轉(zhuǎn)移。
同時(shí),，這些表面原子逸出后的位點(diǎn)也可以作為反應(yīng)位點(diǎn),，大大增強(qiáng)了對目標(biāo)物的吸收，拓寬了光響應(yīng)范圍,。例如,，張教授的研究團(tuán)隊(duì)制備了表面具有豐富碳缺陷的超薄氮化碳，該材料可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)吸附和激活二氮分子,。碳缺陷加速了體與表面的光生電荷分離,，從而在可見光照射下表現(xiàn)出更高的光催化固氮活性。此外,，空位還會影響目標(biāo)污染物的吸附性能,，從而影響目標(biāo)污染物的配位結(jié)構(gòu)和電子態(tài)。更重要的是,，空位的位置,、結(jié)構(gòu)和濃度是影響光催化性能的重要因素。
在g-C3N4中引入空位的方法有很多,，如在還原氣氛中焙燒,、形態(tài)控制和構(gòu)建異質(zhì)結(jié)。但這些方法都存在經(jīng)濟(jì)成本高,、流程復(fù)雜等固有缺點(diǎn),。因此，制定一個(gè)簡單的辦法來建造空缺是一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn),。
在本工作中,，通過不同濃度的NaBH4溶液對g-C3N4進(jìn)行表面處理，引入碳空位,，提高可見光驅(qū)動(dòng)的光催化還原性能,。采用多種表征方法對處理后的光催化劑的晶體性質(zhì),、微觀形貌和表面狀態(tài)進(jìn)行了研究和分析。通過光譜測量和理論計(jì)算,，探討了碳空位對g-C3N4光學(xué)性質(zhì)的影響,。用可見光驅(qū)動(dòng)誘導(dǎo)水裂解法對樣品的光催化效率進(jìn)行了評價(jià)，并進(jìn)行了產(chǎn)氫和Cr(VI)還原實(shí)驗(yàn),。以3NBCN為代表制備的光催化劑,，通過4次光催化產(chǎn)氫循環(huán)實(shí)驗(yàn)，探討了NaBH4處理后g-C3N4的穩(wěn)定性,。結(jié)果表明,，碳空位能顯著促進(jìn)光生載流子的分離和遷移，擴(kuò)大整體光吸收和利用,，從而提高光催化性能,。最后，基于所有測試結(jié)果,，探討了光催化性能增強(qiáng)的機(jī)理,。這項(xiàng)工作開發(fā)了一個(gè)實(shí)用的策略，以提高g-C3N4的光催化性能,。
