Enhanced photoresponse and fast charge transfer: three-dimensional macroporous g-C3N4/GO-TiO2 nanostructure for hydrogen evolution
作者：李偉*，馬瓊，王肖，褚曉姍，王菲，王學川*，王傳義*
關鍵字：Three-dimensional macroporous structure， High BET surface area， Photocatalysis， Simulated solar light， Hydrogen evolution
論文來源：期刊
具體來源：https://doi.org/10.1039/D0TA07178A
發表時間：2020年
近年來，利用太陽光誘導光催化劑產氫是有效解決/緩解能源問題的有效策略。石墨相碳氮（g-C3N4）和氧化石墨烯（GO）由于具有良好的電荷分離和轉移特性，在合成高效光催化劑中具有潛在應用價值。然而，常規二維g-C3N4和GO材料結構簡單，表面助催化劑的附著力較弱，使用過程中容易發生功能助催化劑流失，導致光響應性、界面電荷傳導及穩定性大大降低。為此，本課題設計并合成了一種三維多孔g-C3N4/GO（p-CNG）骨架結構，以增強表面功能助催化劑（銳鈦礦TiO2 NPs）的附著穩定性。與無孔復合結構相比，有序的多孔結構顯著增大了骨架的BET比表面積。鑒于g-C3N4結構中氨基官能團與GO結構中羧基官能團間鍵合作用，顯著增強了三維多孔骨架結構的穩定性，并促進了兩種組分間界面相互作用的形成，從而有效增強其光吸收及電荷傳導。基于三維多孔骨架結構中殘留基團的存在及多孔結構協同作用，顯著增強銳鈦礦TiO2 NPs功能助催化劑粘附穩定性，促進了異質界面的形成，進一步促進了界面電荷傳導并增強了其光響應性。基于上述結構優勢，本課題合成的復合光催化劑在模擬日光誘導下表現出了優越的產氫活性（33.1 μmol g-1 h-1），遠遠高于純TiO2 NPs及三維多孔骨架催化產氫活性，在λ = 400 nm的光照下達到了12.4 %的表觀量子產率。由于該復合光催化劑穩定的結構，使其表現出較強的重復性及持久性，經過5次循環操作及20小時的持續光照，仍然表現出優異的催化活性。本研究為有效增強g-C3N4和GO基光催化劑催化產氫性能并增強其催化穩定性提供了一種有效方法。