Citation: Yi Shang, Fujun Niu, Shaohua Shen. Photocatalytic water oxidation over BiVO4 with interface energetics engineered by Co and Ni-metallated dicyanamides[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(3): 502-509. doi: 10.1016/S1872-2067(17)62943-7
二氰胺钴、镍调控钒酸铋界面载流子传输及光催化产氧研究
红外测试和紫外可见测试的结果表明，M（dca）2通过物理吸附的方式附着在BiVO4表面，形成BiVO4/M（dca）2复合光催化剂体系.复合体系的产氧活性相较于纯BiVO4有明显的提升.光催化产氧测试结果表明，BiVO4/Co（dca）2和BiVO4/Ni（dca）2复合体系的产氧活性分别可达508.1和297.7μmol/（h·g），而纯BiVO4的产氧活性只有252.2μmol/（h·g）.进一步的稳定性测试结果表明，BiVO4/Co（dca）2复合体系在30h的测试过程中能够保持稳定的活性.ICP-MS和XPS的表征结果证明了催化过程中分子催化剂良好的稳定性，排除了反应过程中生成氧化物进而促进产氧活性的可能.对该复合体系的一系列电化学表征证明，M（dca）2有效改善了BiVO4/电解液界面的电荷传输性能，从而促进了光催化产氧性能.其中，莫特-肖特基测试表明，M（dca）2的加入增大了能带弯曲，提高了空穴传递的驱动力，阻抗谱的测试证明了复合体系具有较低的界面电阻，有利于载流子的迁移.
通过对复合体系光生载流子分离和注入效率的表征，可以证明，在BiVO4/M（dca）2复合体系中，光生空穴能够有效地从BiVO4迁移到M（dca）2，进而参与光催化产氧反应并且光催化活性有明显的提升.其中，由于Co（dca）2能够更加有效地改善BiVO4/电解质的水氧化反应动力学过程，其活性显著优于BiVO4/Ni（dca）2体系和纯BiVO4.此外，基于实验结果和各项表征，我们进一步提出了BiVO4/Co（dca）2光催化产氧反应的反应机理：光照条件下，BiVO4中电子跃迁至导带，进而被牺牲剂消耗，而价带上的空穴则传递至分子催化剂进行化学反应，其中，分子催化的反应机理遵循水亲核攻击的模型.
English
Photocatalytic water oxidation over BiVO4 with interface energetics engineered by Co and Ni-metallated dicyanamides
-
Key words:
- Metal complex
- / BiVO4
- / Water oxidation
- / Photocatalysis
- / Interfacial kinetics
-
-
[1] D. L. Ashford, M. K. Gish, A. K. Vannucci, M. K. Brennaman, J. L. Templeton, J. M. Papanikolas, T. J. Meyer, Chem. Rev., 2015, 115, 13006-13049.
-
[2] N. Coutard, N. Kaeffer, V. Artero, Chem. Commun., 2016, 52, 13728-13748.
-
[3] J. Chen, C. L. Dong, D. M. Zhao, Y. C. Huang, X. X. Wang, L. Samad, L. N. Dang, M. Shearer, S. H. Shen, L. J. Guo, Adv. Mater., 2017, 29, 1606198.
-
[4] A. Das, Z. J. Han, W. W. Brennessel, P. L. Holland, R. Eisenberg, ACS Catal., 2015, 5, 1397-1406.
-
[5] G. G. Zhang, S. H. Zang, Z. A. Lan, C. J. Huang, G. S. Li, X. C. Wang, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 17946-17950.
-
[6] L. L. Zhang, Y. Gao, Z. Liu, X. Ding, Z. Yu, L. C. Sun, Dalton Trans., 2016, 45, 3814-3819.
-
[7] Y. Jiang, F. Li, F. Huang, B. B. Zhang, L. C. Sun, Chin. J. Catal., 2013, 34, 1489-1495.
-
[8] S. W. Gersten, G. J. Samuels, T. J. Meyer, J. Am. Chem. Soc., 1982, 104, 4029-4030.
-
[9] X. B. Chen, S. H. Shen, L. J. Guo, S. S. Mao, Chem. Rev., 2010, 110, 6503-6570.
-
[10] Y. Park, K. J. McDonald, K. S. Choi, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 2321-2337.
-
[11] F. J. Niu, S. H. Shen, J. Wang, L. J. Guo, Electrochim. Acta, 2016, 212, 905-911.
-
[12] S. V. K. Nune, A. T. Basaran, E. Ülker, R. Mishra, F. Karadas, ChemCatChem, 2017, 9, 300-307.
-
[13] H. M. Fan, T. F. Jiang, H. Y. Li, D. J. Wang, L. L. Wang, J. L. Zhai, D. Q. He, P. Wang, T. F. Xie, J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 2425-2430.
-
[14] R. E. Green, V. K. Yamane, Soil Sci. Soc. Am. J., 1970, 34, 353-355.
-
[15] A. Tekin, O. Karalti, F. Karadas, Microporous Mesoporous Mater., 2016, 228, 153-157.
-
[16] S. R. Batten, P. Jensen, C. J. Kepert, M. Kurmoo, B. Moubaraki, K. S. Murray, D. J. Price, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1999, 2987-2997.
-
[17] S. Ye, R. T. Chen, Y. X. Xu, F. T. Fan, P. W. Du, F. X. Zhang, X. Zong, T. Chen, Y. Qi, P. Chen, Z. Chen, C. Li, J. Catal., 2016, 338, 168-173.
-
[18] L. L. Bi, D. D. Xu, L. J. Zhang, Y. H. Lin, D. J. Wang, T. F. Xie, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 29899-29905.
-
[19] Y. Wang, F. Li, H. Li, L. C. Bai, L. C. Sun, Chem. Commun., 2016, 52, 3050-3053.
-
[20] Z. Zhang, J. T. Yates Jr., Chem. Rev., 2012, 112, 5520-5551.
-
[21] Y. Q. Liang, T. Tsubota, L. P. A. Mooij, R. van de Krol, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 17594-17598.
-
[22] M. R. Gao, W. C. Sheng, Z. B. Zhuang, Q. R. Fang, S. Gu, J. Jiang, Y. S. Yan, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 7077-7084.
-
[23] S. C. Wang, P. Chen, J. H. Yun, Y. X. Hu, L. Z. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8500-8504.
-
[24] X. Sala, S. Maji, R. Bofill, J. García-Antón, L. Escriche, A. Llobet, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 504-516.
-
[25] T. Kikuchi, K. Tanaka, Eur. J. Inorg. Chem., 2014, 2014, 607-618.
-
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 1
- 文章访问数: 1891
- HTML全文浏览量: 154
下载:
