Citation: Zhao Mo, Hui Xu, Zhigang Chen, Xiaojie She, Yanhua Song, Pengcheng Yan, Yuanguo Xu, Yucheng Lei, Shouqi Yuan, Huaming Li. Gold/monolayer graphitic carbon nitride plasmonic photocatalyst for ultrafast electron transfer in solar-to-hydrogen energy conversion[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(4): 760-770. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62978-4
具有超快电子传输能力的金/薄层氮化碳等离子光催化剂用于光催化产氢
为了进一步提高g-C3N4的光催化性能,本文通过在薄层g-C3N4表面均匀分散Au纳米颗粒来控制电荷载流子的流动.并通过光催化产氢和污染物降解来评估金/薄层氮化碳(Au/monolayer g-C3N4)复合材料的光催化性能.所有的Au/薄层g-C3N4复合材料均显示出优于体相g-C3N4的光催化性能,其中1% Au/薄层g-C3N4复合光催化剂具有最高的产氢速率(565μmol g-1 h-1),且具有最佳的污染物降解能力.这主要归结于热电子的注入,而不是肖特基结.Au纳米颗粒的成功引入带来了表面等离子共振(SPR)效应,SPR效应不仅能够提高光吸收效率,而且能够带来高效的热电子转移途径.热电子是从Au纳米颗粒表面注入到薄层g-C3N4纳米片的导带上.因此,Au/薄层g-C3N4复合光催化剂具有更高的光生电子-空穴对迁移和分离效率,以及更低的光生电子-空穴对复合几率.
采用紫外可见光谱(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)、光电流和阻抗等表征手段研究了Au/薄层g-C3N4复合光催化剂性能提升的原因.结果表明,相比于薄层g-C3N4纳米片,Au/薄层g-C3N4复合光催化剂具有更好的光电性能,因而光催化活性更高.此外,与薄层g-C3N4纳米片的光电流强度相比,Au/薄层g-C3N4复合光催化剂的光电流强度没有发生改变,这表明薄层g-C3N4纳米片导带上的光生电子不可能转移到Au纳米颗粒的表面.也就是说,肖特基结并没有参与到电子转移过程中,因此推测出整个光催化反应是热电子注入在起作用.
English
Gold/monolayer graphitic carbon nitride plasmonic photocatalyst for ultrafast electron transfer in solar-to-hydrogen energy conversion
-
-
[1] T. Bhowmik, M. K. Kundu, S. Barman, ACS Catal., 2016, 6, 1929-1941.
-
[2] G. G. Liu, T. Wang, H. B. Zhang, X. G. Meng, D. Hao, K. Chang, P. Li, T. Kako, J. H. Ye, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 13561-13565.
-
[3] R. G. Li, Chin. J. Catal., 2017, 38, 5-12.
-
[4] X. Tan, H. A. Tahini, S. C. Smith, ACS Catal., 2016, 6, 7071-7077.
-
[5] G. G. Liu, G. X. Zhao, W. Zhou, Y. Y. Liu, H. Pang, H. B. Zhang, D. Hao, X. G. Meng, P. Li, T. Kako, J. H. Ye, Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 6822-6829.
-
[6] K. L. Corp, C. W. Schlenker, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 7904-7912.
-
[7] Q. Han, B. Wang, J. Gao, L. T. Qu, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10849-10853.
-
[8] H. Ahmad, S. K. Kamarudin, L. J. Minggu, M. Kassim, Renewable Sustainable Energy Rev., 2015, 43, 599-610.
-
[9] L. Yuan, C. Han, M. Q. Yang, Y. J. Xu, Int. Rev. Phys. Chem., 2016, 35, 1-36.
-
[10] K. Maeda, K. Domen, Bull. Chem. Soc. Jpn., 2016, 89, 627-648.
-
[11] G. G. Zhang, Z. A. Lan, X. C. Wang, Chem. Sci., 2017, 7, 3062-3066.
-
[12] G. P. Dong, Y. H. Zhang, Q. W. Pan, J. R. Qiu, J. Photochem. Pho-tobiol. C, 2014, 20, 33-50.
-
[13] Y. F. Li, R. X. Jin, Y. Xing, J. Q. Li, S. Y. Song, X. C. Liu, M. Li, R. C. Jin, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1601273.
-
[14] Y. H. Li, W. K. Ho, K. L. Lv, B. C. Zhu, S. C. Lee, Appl. Surf. Sci., 2018, 430, 380-389.
-
[15] X. P. Dong, F. X. Cheng, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 23642-23652.
-
[16] W. J. Ong, L. L. Tan, Y. H. Ng, S. T. Yong, S. P. Chai, Chem. Rev., 2016, 116, 7159-7329.
-
[17] C. M. Li, Y. H. Du, D. P. Wang, S. M. Yin, W. G. Tu, Z. Chen, M. Kraft, G. Chen, R. Xu, Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1604328.
-
[18] H. J. Yu, R. Shi, Y. X. Zhao, T. Bian, Y. F. Zhao, C. Zhou, G. I. N. Waterhouse, L. Z. Wu, C. H. Tung, T. R. Zhang, Adv. Mater., 2017, 29, 70111.
-
[19] J. S. Zhang, Y. Chen, X. C. Wang, Energy Environ. Sci., 2015, 8, 3092-3108.
-
[20] S. W. Cao, J. X. Low, J. G. Yu, M. Jaroniec, Adv. Mater., 2015, 27, 2150-2176.
-
[21] G. Mamba, A. K. Mishra, Appl. Catal. B, 2016, 198, 347-377.
-
[22] Y. H. Li, K. L. Lv, W. K. Ho, F. Dong, X. F. Wu, Y. Xia, Appl. Catal. B, 2017, 202, 611-619.
-
[23] X. J. She, J. J. Wu, J. Zhong, H. Xu, Y. C. Yang, R. Vajtai, J. Lou, Y. Liu, D. L. Du, H. M. Li, P. M. Ajayan, Nano Energy, 2016, 27, 138-146.
-
[24] S. M. Yin, J. Y. Han, T. H. Zhou, R. Xu, Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 5048-5061.
-
[25] Q. Han, B. Wang, J. Gao, Z. H. Cheng, Y. Zhao, Z. P. Zhang, L. T. Qu, ACS Nano, 2016, 10, 2745-2751.
-
[26] Z. W. Zhao, Y. J. Sun, F. Dong, Nanoscale, 2015, 7, 15-37.
-
[27] S. J. Tan, L. M. Liu, Y. N. Dai, J. D. Ren, J. Zhao, H. Petek, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 6160-6168.
-
[28] U. Bhattacharjee, L. Men, B. A. Rosales, S. R. Alvarado, J. Vela, J. W. Petrich, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 676-683.
-
[29] T. T. Wang, P. Raghunath, Y. G. Lin, M. C. Lin, J. Phys. Chem. C, 2017, 121, 9681-9690.
-
[30] Y. H. Li, K. L. Lv, W. K. He, Z. W. Zhao, Y. Huang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 321-329.
-
[31] C. C. Jia, X. X. Li, N. Xin, Y. Gong, J. X. Guan, L. N. Meng, S. Meng, X. F. Guo, Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600431.
-
[32] M. Valenti, M. P. Jonsson, G. Biskos, A. Schmidt-Ott, W. A. Smith, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 17891-17912.
-
[33] J. W. Hong, D. H. Wi, S. U. Lee, S. W. Han, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15766-15773.
-
[34] X. G. Meng, L. Q. Liu, S. X. Ouyang, H. Xu, D. F. Wang, N. Q. Zhao, J. H. Ye, Adv. Mater., 2016, 28, 6781-6803.
-
[35] L. Yan, F. W. Wang, S. Meng, ACS Nano, 2016, 10, 5452-5458.
-
[36] J. M. Zhang, X. Jin, P. I. Morales-Guzman, X. Yu, H. Liu, H. Zhang, L. Razzari, J. P. Claverie, ACS Nano, 2016, 10, 4496-4503.
-
[37] S. Bai, X. Y. Li, Q. Kong, R. Long, C. M. Wang, J. Jiang, Y. J. Xiong, Adv. Mater., 2015, 27, 3444-3452.
-
[38] A. Naldoni, T. Montini, F. Malara, M. M. Mróz, A. Beltram, T. Virgili, C. L. Boldrini, M. Marelli, I. Romero-Ocaña, J. J. Delgado, V. Dal Santo, P. Fornasiero, ACS Catal., 2017, 7, 1270-1278.
-
[39] S. K. Cushing, N. Wu, J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7, 666-675.
-
[40] J. J. Yi, X. J. She, Y. H. Song, H. Xu, P. Zhang, Z. Mo, L. Liu, D. L. Du, H. M. Li, RSC Adv., 2016, 6, 112420-112428.
-
[41] S. Tonda, S. Kumar, V. Shanker, Mater. Res. Bull., 2016, 75, 51-58.
-
[42] X. J. Bai, R. L. Zong, C. X. Li, D. Liu, Y. F. Liu, Y. F. Zhu, Appl. Catal. B, 2014, 147, 82-91.
-
[43] L. Ge, C. C. Han, J. Liu, Y. F. Li, Appl. Catal. A, 2011, 409-410, 215-222.
-
[44] H. Xu, J. Yan, Y. G. Xu, Y. H. Song, H. M. Li, J. X. Xia, C. J. Huang, H. L. Wan, Appl. Catal. B, 2013, 129, 182-193.
-
[45] N. Y. Cheng, J. Q. Tian, Q. Liu, C. J. Ge, A. H. Qusti, A. M. Asiri, A. O. Al-Youbi, X. P. Sun, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 6815-6819.
-
[46] X. J. She, H. Xu, H. F. Wang, J. X. Xia, Y. H. Song, J. Yan, Y. G. Xu, Q. Zhang, D. L. Du, H. M. Li, Dalton Trans., 2015, 44, 7021-7031.
-
[47] Z. Mo, X. J. She, Y. P. Li, L. Liu, L. Y. Huang, Z. G. Chen, Q. Zhang, H. Xu, H. M. Li, RSC Adv., 2015, 5, 101552-101562.
-
[48] H. Xu, J. Yan, X. J. She, L. Xu, J. X. Xia, Y. G. Xu, Y. H. Song, L. Y. Huang, H. M. Li, Nanoscale, 2014, 6, 1406-1415.
-
[49] Z. X. Zhou, J. H. Wang, J. C. Yu, Y. F. Shen, Y. Li, A. R. Liu, S. Q. Liu, Y. J. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2179-2182.
-
[50] H. Xu, Y. X. Song, Y. H. Song, J. X. Zhu, T. T. Zhu, C. B. Liu, D. X. Zhao, Q. Zhang, H. M. Li, RSC Adv., 2014, 4, 34539.
-
[51] J. J. Xue, S. S. Ma, Y. M. Zhou, Z. W. Zhang, M. He, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 9630-9637.
-
[52] K. L. He, J. Xie, X. Y. Luo, J. Q. Wen, S. Ma, X. Li, Y. P. Fang, X. C. Zhang, Chin. J. Catal., 2017, 38, 240-252.
-
[53] F. Chen, H. Yang, X. F. Wang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 296-304.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 0
- 文章访问数: 1324
- HTML全文浏览量: 155

下载: