Methylene Blue Incorporated Donor-Acceptor g-C3N4 Nanosheet Photocatalyst for H2 Production

Fangxin Yin Pinquan Qin Jingsan Xu Shaowen Cao

Citation:  Fangxin Yin, Pinquan Qin, Jingsan Xu, Shaowen Cao. Methylene Blue Incorporated Donor-Acceptor g-C3N4 Nanosheet Photocatalyst for H2 Production[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(11): 221206. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212062 shu

亚甲基蓝嵌入的供体受体型g-C3N4纳米片光催化剂用于产H2

    通讯作者: 秦品权, qinpqcu@whut.edu.cn
    曹少文, swcao@whut.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2022YFE0114800

    国家自然科学基金 51922081

摘要: 石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种优异的产H2光催化剂,但是其存在载流子分离效率低、光吸收能力较差和比表面积小的问题。本研究通过对二氰二胺和亚甲基蓝(MB)进行热共聚合,结合后续热剥离策略,成功合成了一种新型分子内供体-受体(D-A)结构g-C3N4纳米片光催化剂。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明,将亚甲基蓝掺入g-C3N4框架中扩大了光吸收范围,促进了载流子的分离。此外,热剥离增加了催化剂的比表面积且进一步促进了载流子的分离。因此,D-A结构g-C3N4纳米片显示出大幅提升的光催化产氢活性(2275.6 μmol·h−1·g−1),分别是块状g-C3N4、D-A结构g-C3N4、g-C3N4纳米片的5.30,2.60和1.30倍。这项工作为设计用于太阳能转换的D-A改性光催化材料提供了一个有价值的思路。

English

    1. [1]

      Xu, Q.; Zhang, L.; Cheng, B.; Fan, J.; Yu, J. Chem 2020, 6, 1543. doi: 10.1016/j.chempr.2020.06.010

    2. [2]

      Chen, X.; Wang, J.; Chai, Y.; Zhang, Z.; Zhu, Y. Adv. Mater. 2021, 33, 2007479. doi: 10.1002/adma.202007479

    3. [3]

      Cao, S.; Low, J.; Yu, J.; Jaroniec, M. Adv. Mater. 2015, 27, 2150. doi: 10.1002/adma.201500033

    4. [4]

      吴新鹤, 陈郭强, 王娟, 李金懋, 王国宏. 物理化学学报, 2023, 39, 2212016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212016Wu, X.; Chen, G.; Wang, J.; Li, J.; Wang, G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2212016. doi: 10.3866/PKU.WHXB202212016

    5. [5]

      Ruan, D.; Kim, S.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Appl. Catal. B-Environ. 2018, 238, 638. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.07.028

    6. [6]

      Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    7. [7]

      Meng, A.; Zhang, L.; Cheng, B.; Yu, J. Adv. Mater. 2019, 31, 1807660. doi: 10.1002/adma.201807660

    8. [8]

      Shkir, M.; Palanivel, B.; Khan, A.; Kumar, M.; Chang, J.; Mani, A.; Alfaify, S. Chemosphere 2022, 291, 132687. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.132687

    9. [9]

      Shen, R.; Ren, D.; Ding, Y.; Guan, Y.; Ng, Y. H.; Zhang, P.; Li, X. Sci. China-Mater. 2020, 63, 2153. doi: 10.1007/s40843-020-1456-x

    10. [10]

      Xia, P.; Antonietti, M.; Zhu, B.; Heil, T.; Yu, J.; Cao, S. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900093. doi: 10.1002/adfm.201900093

    11. [11]

      Ismail, A. A.; Faisal, M.; Al-Haddad, A. J. Environ. Sci. 2018, 66, 328. doi: 10.1016/j.jes.2017.05.001

    12. [12]

      Cao, S.; Yu, J. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2101. doi: 10.1021/jz500546b

    13. [13]

      Wu, M.; Zhang, J.; He, B.; Wang, H.; Wang, R.; Gong, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 241, 159. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.09.037

    14. [14]

      Zhao, S.; Zhang, Y.; Zhou, Y.; Wang, Y.; Qiu, K.; Zhang, C.; Fang, J.; Sheng, X. Carbon 2018, 126, 247. doi: 10.1016/j.carbon.2017.10.033

    15. [15]

      Zhu, Y.; Ren, T.; Yuan, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 16850. doi: 10.1021/acsami.5b04947

    16. [16]

      Guo, F.; Shi, W.; Li, M.; Shi, Y.; Wen, H. Sep. Purif. Technol. 2019, 210, 608. doi: 10.1016/j.seppur.2018.08.055

    17. [17]

      Wan, S.; Xu, J.; Cao, S.; Yu, J. Interdiscip. Mater. 2022, 1, 294. doi: 10.1002/idm2.12024

    18. [18]

      Sun, Z.; Tan, Y.; Wan, J.; Huang, L. Chin. J. Chem. 2021, 39, 2044. doi: 10.1002/cjoc.202000743

    19. [19]

      Poon, C.; Wu, D.; Yam, V. W. Angew. Chem. -Int. Ed. 2016, 55, 3647. doi: 10.1002/anie.201510946

    20. [20]

      Castet, F.; Aurel, P.; Fritsch, A.; Ducasse, L.; Liotard, D.; Linares, M.; Cornil, J.; Beljonne, D. Phys. Rev. B 2008, 77, 115210. doi: 10.1103/PhysRevB.77.115210

    21. [21]

      Kochergin, Y. S.; Schwarz, D.; Acharjya, A.; Ichangi, A.; Kulkarni, R.; Eliasova, P.; Vacek, J.; Schmidt, J.; Thomas, A.; Bojdys, M. J. Angew. Chem. -Int. Ed. 2018, 57, 14188. doi: 10.1002/anie.201809702

    22. [22]

      Che, H.; Liu, C.; Che, G.; Liao, G.; Dong, H.; Li, C.; Song, N.; Li, C. Nano Energy 2020, 67, 104273. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104273

    23. [23]

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

    24. [24]

      Shi, Y.; Li, L.; Sun, H.; Xu, Z.; Cai, Y.; Shi, W.; Guo, F.; Du, X. Sep. Purif. Technol. 2022, 292, 121038. doi: 10.1016/j.seppur.2022.121038

    25. [25]

      Liu, Y.; Tian, J.; Wang, Q.; Wei, L.; Wang, C.; Yang, C. Opt. Mater. 2020, 99, 109594. doi: 10.1016/j.optmat.2020.110128

    26. [26]

      Zhu, K.; Lv, Y.; Liu, J.; Wang, W.; Wang, C.; Wang, P.; Meng, A.; Li, Z.; Li, Q. Ceram. Int. 2019, 45, 3643. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.11.025

    27. [27]

      Yang, L.; Liu, X.; Liu, Z.; Wang, C.; Liu, G.; Li, Q.; Feng, X. Ceram. Int. 2018, 44, 20613. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.06.105

    28. [28]

      Chen, Y.; Yang, B.; Xie, W.; Zhao, X.; Wang, Z.; Su, X.; Yang, C. J. Mater. Res. Technol-JMRT 2021, 13, 301. doi: 10.1016/j.jmrt.2021.04.056

    29. [29]

      Zhao, H.; Yu, H.; Quan, X.; Chen, S.; Zhang, Y.; Zhao, H.; Wang, H. Appl. Catal. B-Environ. 2014, 152, 46. doi: 10.1016/j.apcatb.2014.01.023

    30. [30]

      She, X.; Xu, H.; Xu, Y.; Yan, J.; Xia, J.; Xu, L.; Song, Y.; Jiang, Y.; Zhang, Q.; Li, H. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2563. doi: 10.1039/c3ta13768f

    31. [31]

      Xia, P.; Zhu, B.; Yu, J.; Cao, S.; Jaroniec, M. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 3230. doi: 10.1039/c6ta08310b

    32. [32]

      She, X.; Wu, J.; Zhong, J.; Xu, H.; Yang, Y.; Vajtai, R.; Lou, J.; Liu, Y.; Du, D.; Li, H.; et al. Nano Energy 2016, 27, 138. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.06.042

    33. [33]

      Yan, J.; Han, X.; Qian, J.; Liu, J.; Dong, X.; Xi, F. J. Mater. Sci. 2017, 52, 13091. doi: 10.1007/s10853-017-1419-5

    34. [34]

      Dong, F.; Li, Y.; Wang, Z.; Ho, W. Appl. Surf. Sci. 2015, 358, 393. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.04.034

    35. [35]

      李瀚, 李芳, 余家国, 曹少文. 物理化学学报, 2021, 37, 2010073. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010073Li, H.; Li, F.; Yu, J.; Cao, S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2010073. doi: 10.3866/PKU.WHXB202010073

    36. [36]

      Niu, P.; Zhang, L.; Liu, G.; Cheng, H. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 4763. doi: 10.1002/adfm.201200922

    37. [37]

      Li, K.; Sun, M.; Zhang, W. Carbon 2018, 134, 134. doi: 10.1016/j.carbon.2018.03.089

    38. [38]

      Chen, X.; Shi, R.; Chen, Q.; Zhang, Z.; Jiang, W.; Zhu, Y.; Zhang, T. Nano Energy 2019, 59, 644. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.03.010

    39. [39]

      Wang, Y.; Zhang, Y.; Zhao, S.; Huang, Z.; Chen, W.; Zhou, Y.; Lv, X.; Yuan, S. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 248, 44. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.02.007

    40. [40]

      Song, X.; Wu, Y.; Zhang, X.; Li, X.; Zhu, Z.; Ma, C.; Yan, Y.; Huo, P.; Yang, G. Chem. Eng. J. 2021, 408, 127292. doi: 10.1016/j.cej.2020.127292

    41. [41]

      Zhang, G.; Zhang, M.; Ye, X.; Qiu, X.; Lin, S.; Wang, X. Adv. Mater. 2014, 26, 805. doi: 10.1002/adma.201303611

    42. [42]

      Zhang, Y.; Wu, L.; Zhao, X.; Zhao, Y.; Tan, H.; Zhao, X.; Ma, Y.; Zhao, Z.; Song, S.; Wang, Y.; et al. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801139. doi: 10.1002/aenm.201801139

    43. [43]

      Qin, J.; Wang, S.; Ren, H.; Hou, Y.; Wang, X. Appl. Catal. B-Environ. 2015, 179, 1. doi: 10.1016/j.apcatb.2015.05.005

    44. [44]

      Yu, F.; Wang, Z.; Zhang, S.; Ye, H.; Kong, K.; Gong, X.; Hua, J.; Tian, H. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804512. doi: 10.1002/adfm.201804512

    45. [45]

      Li, H.; Lee, H.; Park, G.; Lee, B.; Park, J.; Shin, C.; Hou, W.; Yu, J. Carbon 2018, 129, 637. doi: 10.1016/j.carbon.2017.12.048

    46. [46]

      Song, X.; Li, X.; Zhang, X.; Wu, Y.; Ma, C.; Huo, P.; Yan, Y. Appl. Catal. B-Environ. 2020, 268, 118736. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118736

    47. [47]

      Yang, Y.; Chen, J.; Mao, Z.; An, N.; Wang, D.; Fahlman, B. D. RSC Adv. 2017, 7, 2333. doi: 10.1039/c6ra26172h

    48. [48]

      Sun, Z.; Jiang, Y.; Zeng, L.; Huang, L. ChemSusChem 2019, 12, 1325. doi: 10.1002/cssc.201802890

    49. [49]

      Yang, J.; Wu, X.; Mei, Z.; Zhou, S.; Su, Y.; Wang, G. Adv. Sustain. Syst. 2022, 6, 2200056. doi: 10.1002/adsu.202200056

    50. [50]

      Sun, H.; Guo, F.; Pan, J.; Huang, W.; Wang, K.; Shi, W. Chem. Eng. J. 2021, 406, 126844. doi: 10.1016/j.cej.2020.126844

    51. [51]

      Zheng, Y.; Lin, L.; Ye, X.; Guo, F.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11926. doi: 10.1002/anie.201407319

    52. [52]

      Li, Y.; Jin, R.; Xing, Y.; Li, J.; Song, S.; Liu, X.; Li, M.; Jin, R. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1601273. doi: 10.1002/aenm.201601273

    53. [53]

      Wu, X.; Ma, H.; Wang, K.; Wang, J.; Wang, G.; Yu, H. J. Colloid Interface Sci. 2023, 633, 817. doi: 10.1016/j.jcis.2022.11.143

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  13
  • 文章访问数:  3628
  • HTML全文浏览量:  96
文章相关
  • 发布日期:  2023-11-15
  • 收稿日期:  2022-12-31
  • 接受日期:  2023-02-27
  • 修回日期:  2023-02-25
  • 网络出版日期:  2023-03-09
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