氮掺杂还原氧化石墨烯与吡啶共聚g-C3N4复合光催化剂及其增强的产氢活性

程若霖 金锡雄 樊向前 王敏 田建建 张玲霞 施剑林

引用本文: 程若霖,  金锡雄,  樊向前,  王敏,  田建建,  张玲霞,  施剑林. 氮掺杂还原氧化石墨烯与吡啶共聚g-C3N4复合光催化剂及其增强的产氢活性[J]. 物理化学学报, 2017, 33(7): 1436-1445. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704076 shu
Citation:  CHENG Ruo-Lin,  JIN Xi-Xiong,  FAN Xiang-Qian,  WANG Min,  TIAN Jian-Jian,  ZHANG Ling-Xia,  SHI Jian-Lin. Incorporation of N-Doped Reduced Graphene Oxide into Pyridine-Copolymerized g-C3N4 for Greatly Enhanced H2 Photocatalytic Evolution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(7): 1436-1445. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704076 shu

氮掺杂还原氧化石墨烯与吡啶共聚g-C3N4复合光催化剂及其增强的产氢活性

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展规划项目(2013CB933200)资助

摘要: 采用一种新颖有效的席夫碱化学法合成吡啶共聚改性的g-C3N4,其可见光催化产氢性能较(由尿素为前驱物制备的)纯g-C3N4显著增强。在此基础上,又进一步通过一步煅烧的方法构建了吡啶改性g-C3N4和N掺杂还原氧化石墨烯(N-rGO)的复合物,其产氢活性得到了进一步地提高,氢气产量最高达到304 μmol·h-1,分别为纯g-C3N4和吡啶改性g-C3N4的11.7倍和3.1倍。除了其增强的可见光吸收能力,增大的表面积,我们认为:吡啶环作为分子内电子受体,N-rGO作为“电子转移活性位”,二者共同促进了光生载流子分离和转移,从而显著增强了该复合体系的光催化活性。

English

    1. [1]

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 474. doi: 10.1038/238037a0

    2. [2]

      (2) Zhang, G.; Kim, G.; Choi, W. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 954. doi: 10.1039/c3ee43147a

    3. [3]

      (3) Ran, J. R.; Zhang, J.; Yu, J. G.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7787. doi: 10.1039/c3cs60425j

    4. [4]

      (4) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338. doi: 10.1038/35104607

    5. [5]

      (5) Schwinghammer, K.; Tuffy, B.; Mesch, M. B.; Wirnhier, E.; Martineau, C.; Taulelle, F.; Schnick, W.; Senker, J.; Lotsch, B. V. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2435. doi: 10.1002/anie.201206817

    6. [6]

      (6) Wang, X. C.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/NMAT2317

    7. [7]

      (7) Zhang, G. G.; Lan, Z. A.; Wang, X. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 15712. doi: 10.1002/anie.201607375

    8. [8]

      (8) Zhang, G. G.; Lan, Z. A.; Lin, L. H.; Lin, S.; Wang, X. C. Chem. Sci. 2016, 7, 3062. doi: 10.1039/c5sc04572j

    9. [9]

      (9) Mamba, G.; Mishra, A. K. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 198, 347. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.05.052

    10. [10]

      (10) Wang, X. C.; Chen, X. F.; Thomas, A.; Fu, X. Z.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.200802627

    11. [11]

      (11) Hu, S. Z.; Chen, X.; Li, Q.; Li, F. Y.; Fan, Z. P.; Wang, H.; Wang, Y. J.; Zheng, B. H.; Wu, G. Appl. Catal. B: Environ. 2017, 201, 58. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.08.002

    12. [12]

      (12) Ho, W. K.; Zhang, Z. Z.; Lin, W.; Huang, S. P.; Zhang, X. W.; Wang, X. X.; Huang, Y. ACS. Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5497. doi: 10.1021/am509213x

    13. [13]

      (13) Zhang, J. S.; Chen, X. F.; Takanabe, K.; Maeda, K.; Domen, K.; Epping, J. D.; Fu, X. Z.; Antonietti, M.; Wang, X. C. Angew. Chem.Int. Ed. 2010, 49, 441. doi: 10.1002/anie.200903886

    14. [14]

      (14) Fan, X. Q.; Zhang, L. X.; Wang, M.; Huang, W. M.; Zhou, Y. J.; Li, M. L.; Cheng, R. L.; Shi, J. L. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 182, 68. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.09.006

    15. [15]

      (15) Tian, J. J.; Zhang, L. X.; Fan, X. Q.; Zhou, Y. J.; Wang, M.; Cheng, R. L.; Li, M. L.; Kan, X. T.; Jin, X. X.; Liu, Z. H.; Gao, Y. F.; Shi, J. L. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 13814. doi: 10.1039/c6ta04297j

    16. [16]

      (16) Zhang, J. S.; Zhang, M. W.; Sun, R. Q.; Wang, X. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10145. doi: 10.1002/anie.201205333

    17. [17]

      (17) Hou, Y. D.; Laursen, A. B; Zhang, J. S; Zhang, G. G; Zhu, Y. S; Wang, X. C.; Dahl, S.; Chorkendorff, I. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3621. doi: 10.1002/anie.201210294

    18. [18]

      (18) Sun, L. M.; Qi, Y.; Jia, C. J.; Jin, Z.; Fan, W. L. Nanoscale 2014, 6, 2649. doi: 10.1039/c3nr06104c

    19. [19]

      (19) Geim, A. Science 2009, 324, 1530. doi: 10.1126/science.1158877

    20. [20]

      (20) Hou, Y.; Wen, Z. H.; Cui, S. M.; Guo, X. R.; Chen, J. H. Adv. Mater. 2013, 25, 6291. doi: 10.1002/adma.201303116

    21. [21]

      (21) Huang, Q. W.; Tian, S. Q.; Zeng, D. W.; Wang, X. X.; Song, W. L.; Li, Y. Y.; Xiao, W.; Xie, C. S. ACS Catal. 2013, 3, 1477. doi: 10.1021/cs400080w

    22. [22]

      (22) Zhang, F. W.; Wen, Q. J.; Hong, M. Z.; Zhuang, Z. Y.; Yu, Y. Chem. Eng. J. 2017, 307, 593. doi: 10.1016/j.cej.2016.08.120

    23. [23]

      (23) Li, X.; Yu, J. G.; Low, J. X.; Fang, Y. P.; Xiao, J.; Chen, X. B. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 2485. doi: 10.1039/c4ta04461d

    24. [24]

      (24) Liao, G. Z.; Chen, S.; Quan, X.; Yu, H. T.; Zhao, H. M. J. Mater. Chem. 2012, 22, 2721. doi: 10.1039/c1jm13490f

    25. [25]

      (25) Wang, P.; Wang, J.; Wang, X. F.; Yu, H. G.; Yu, J. G.; Lei, M.; Wang, Y. G. Appl. Catal. B: Environ. 2013, 132-133, 452. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.12.009

    26. [26]

      (26) Xiang, Q. J.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 7355. doi: 10.1021/jp200953k

    27. [27]

      (27) Ong, W. J.; Tan, L. L.; Chai, S. P.; Yong, S. T. Chem. Commun. 2015, 51, 858. doi: 10.1039/c4cc08996k

    28. [28]

      (28) Li, Y. B.; Zhang, H. M.; Liu, P. R.; Wang, D.; Li, Y.; Zhao, H. J. Small 2013, 9, 3336. doi: 10.1002/smll.201203135

    29. [29]

      (29) Liu, Q.; Zhang, J. Y. Langmuir 2013, 29, 3821. doi: 10.1021/la400003h

    30. [30]

      (30) Gusain, R.; Kumar, P.; Sharma, O. P.; Jain, S. L.; Khatri, O. P. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 181, 352. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.012

    31. [31]

      (31) Zheng, Y.; Jiao, Y.; Zhu, Y. H.; Li, L. H.; Han, Y.; Chen, Y.; Du, A. J.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z. Nat. Commun. 2014, 5, 3783. doi: 10.1038/ncomms4783

    32. [32]

      (32) Fan, X. Q.; Zhang, L. X.; Cheng, R. L.; Wang, M.; Li, M. L.; Zhou, Y. J.; Shi, J. L. ACS Catal. 2015, 5, 5008. doi: 10.1021/acscatal.5b01155

    33. [33]

      (33) Guo, H. L.; Wang, X. F.; Qian, Q. Y.; Wang, F. B.; Xia, X. H. ACS Nano 2009, 3, 2653. doi: 10.1021/nn900227d

    34. [34]

      (34) Xiang, Q. J.; Yu, J. G.; Jaroniec, M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 7355. doi: 10.1021/jp200953k

    35. [35]

      (35) Yuan, B.; Wei, J. X.; Hu, T. J.; Yao, H. B.; Jiang, Z. H.; Fang, Z. W.; Chu, Z. Y. Chin. J. Catal. 2015, 36, 1009. doi: 10.1016/S1872-2067(15)60844-0

    36. [36]

      (36) Cui, Y.J.; Zhang, G. G.; Lin, Z. Z.; Wang, X. C. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 181, 413. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.018

    37. [37]

      (37) Martin, D. J.; Qiu, K. P.; Shevlin, S. A.; Handoko, A. D.; Chen, X. W.; Guo, Z. X.; Tang, J. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9240. doi: 10.1002/anie.201403375

    38. [38]

      (38) Wang, D. W.; Su, D. S. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 576. doi: 10.1039/c3ee43463j

    39. [39]

      (39) Zhou, Y. J.; Zhang, L. X.; Huang, W. M.; Kong, Q. L.; Fan, X. Q.; Wang, M.; Shi, J. L. Carbon 2016, 99, 111. doi: 10.1016/j.carbon.2015.12.008

    40. [40]

      (40) Zhang, X. H.; Yu, L. J.; Zhuang, C. S.; Peng, T. Y.; Li, R. J.; Li, X. G. ACS Catal. 2014, 4, 162. doi: 10.1021/cs400863c

    41. [41]

      (41) Bledowski, M.; Wang, L. D.; Ramakrishnan, A.; Khavryuchenko, O. V.; Khavryuchenko, V. D.; Ricci, P. C.; Strunk, J.; Cremer, T.; Kolbeck, C.; Beranek, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 21511. doi: 10.1039/c1cp22861g

    42. [42]

      (42) Li, M. L.; Zhang, L. X.; Fan, X. Q.; Zhou, Y. J.; Wu, M. Y.; Shi, J. L. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 5189. doi: 10.1039/c4ta06295g

    43. [43]

      (43) Liang, Q. H.; Li, Z.; Yu, X. L.; Huang, Z. H.; Kang, F. Y.; Yang, Q. H. Adv. Mater. 2015, 27, 4634. doi: 10.1002/adma.201502057

    44. [44]

      (44) Li, M. L.; Zhang, L. X.; Wu, M. Y.; Du, Y. Y.; Fan, X. Q.; Wang, M.; Zhang, L. L.; Kong, Q. L.; Shi, J. L. Nano Energy 2016, 19, 145. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.11.010

    45. [45]

      (45) Grabowski, Z.; Rotkiewicz, K. Chem. Rev. 2003, 103, 3899. doi: 10.1021/cr940745l

    46. [46]

      (46) Li, M. L.; Zhang, L. X.; Fan, X. Q.; Wu, M. Y.; Du, Y. Y.; Wang, M.; Kong, Q. L.; Zhang, L. L.; Shi, J. L. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 190, 36. doi: 10.1016/j.apcatb.2016.02.060

    47. [47]

      (47) Xu, Y.; Mo, Y. P.; Tian, J.; Wang, P.; Yu, H. G.; Yu, J. G. Appl. Catal. B: Environ. 2016, 181, 810. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.08.049

    48. [48]

      (48) Strelko, V. V.; Kuts, V. S.; Thrower, P. A. Carbon 2000, 38, 1499. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00121-4

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  925
  • HTML全文浏览量:  134
文章相关
  • 发布日期:  2017-04-13
  • 收稿日期:  2016-12-27
  • 修回日期:  2017-03-15
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