Citation: Kai Zhu, Jie Ou-Yang, Qian Zeng, Sugang Meng, Wei Teng, Yanhua Song, Sheng Tang, Yanjuan Cui. Fabrication of hierarchical ZnIn2S4@CNO nanosheets for photocatalytic hydrogen production and CO2 photoreduction[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2020, 41(3): 454-463. doi: S1872-2067(19)63494-7
				
			
			ZnIn2S4@CNO多级纳米片用于光催化分解水制氢和还原CO2
本文首先以草酸为氧掺杂源,采用二步煅烧法合成氧掺杂氮化碳纳米片催化剂(CNO).在二次煅烧和氧掺杂共同作用下,增大了CN层间距和多孔性,颗粒尺寸减小,同时增强了对光的吸光性,拓展了可见光吸收范围.接下来采用一步水热合成法得到ZnIn2S4@CNO(ZC)复合材料,在可见光照射下通过分解水制氢和CO2还原反应对复合材料进行光催化还原性能评价.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)、光电化学测试等方法对ZC进行详细的结构表征和分析.XRD和XPS结果表明,经过一步直接水热可得到层状ZC复合材料,高倍TEM进一步证实二者形成均一的2D异质复合材料.N2-吸附-脱附曲线表明,复合材料具有较大的比表面积和均一的孔结构分布,主要得益于O掺杂CNO纳米片的多孔性结构.光电性质测试结果表明,相比于CNO,复合材料具有降低的荧光发射强度和延长的荧光寿命,表明复合产物显著抑制了光生电荷的复合.电化学测试进一步表明,复合异质结的构筑有利于光生载流子的产生,同时降低了界面电荷转移电阻,提高了电荷迁移速率.因此,多孔2D异质结构的构筑对促进CN基半导体光催化还原具有重要作用.
在可见光照射下(λ > 400nm),复合材料表现出优异的光催化还原性能,且随着CNO含量的增加催化活性不断提高,其中ZC 40%(CNO质量比40%)具有最佳的催化活性,其产氢速率达188.4μmol/h,约是ZnIn2S4和CNO的2.1倍.同时,光催化还原CO2测试表明,复合材料具有显著提高的CO和CH4产率,其中CO为主要反应产物.ZC 40%的CO产生速率为12.69μmol/h,分别是ZnIn2S4和CNO的2.2倍和14.0倍.对催化剂进行连续光反应,结果表明,复合催化剂具有优异的结构稳定性和活性稳定性,能够持续发生光还原反应制取H2和CO.
English
Fabrication of hierarchical ZnIn2S4@CNO nanosheets for photocatalytic hydrogen production and CO2 photoreduction
- 
								Key words:
								
 - ZnIn2S4
 - / Oxygen doped carbon nitride
 - / Photocatalysis
 - / H2 production
 - / CO2 reduction
 
- 
							
- 
			
[1] E. L. Cates, S. L. Chinnapongse, J. H. Kim, J. H. Kim, Environ. Sci. Technol., 2014, 46, 12316-12328.
 - 
			
[2] M. L. Marin, L. Santos-Juanes, A. Arques, A. M. Amat, M. A. Miranda, Chem. Rev., 2011, 112, 1710-1750.
 - 
			
[3] Y. Wang, C. X. Feng, M. Zhang, J. J. Yang, Z. J. Zhang, Appl. Catal. B Environ., 2011, 104, 268-274.
 - 
			
[4] Y. J. Cui, M. Li, H. Wang, C. F. Yang, S. G. Meng, F. Y. Chen, Sep. Purif. Technol., 2018, 199, 251-259.
 - 
			
[5] Y. J. Zhou, L. X. Zhang, J. J. Liu, X. Q. Fan, B. Z. Wang, M. Wang, W. C. Ren, J. Wang, M. L. Li, J. L. Shi, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 3862-3867.
 - 
			
[6] S. B. Wang, B. Y. Guan, X. W. Lou, J. Am. Chen. Soc., 2018, 140, 5037-5040.
 - 
			
[7] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, X. J. Yang, Nanoscale, 2016, 8, 3711-3719.
 - 
			
[8] Y. F. Chen, W. X. Huang, D. L. He, Y. Situ, H. Huang, Acs. Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 14405-14414.
 - 
			
[9] J. S. Li, B. Shen, Z. H. Hong, B. Z. Lin, B. F. Gao, Y. L. Chen, Chem. Commun., 2012, 48, 12017-12019.
 - 
			
[10] L. B. Jiang, X. Z. Yuan, Y. Pan, J. Liang, G. M. Zeng, Z. B. Wu, H. Wang, Appl. Catal. B Environ., 2017, 217, 388-406.
 - 
			
[11] C. F. Yang, W. Teng, Y. H. Song, Y. J. Cui, Chin. J. Catal., 2018, 39, 1615-1624.
 - 
			
[12] B. Chai, J. T. Yan, C. L. Wang, Z. D. Ren, Y. C. Zhu, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 376-383.
 - 
			
[13] N. Sagara, S. Kamimura, T. Tsubota, T. Ohno, Appl. Catal. B Environ., 2016, 192, 193-198.
 - 
			
[14] S. N. Guo, Y. Zhu, Y. Y. Yan, Y. L. Min, J. C. Fan, Q. J. Xu, Appl. Catal. B Environ., 2016, 185, 315-321.
 - 
			
[15] K. Wang, Q. Li, B. S. Liu, B. Cheng, W. K. Ho, J. G. Yu, Appl. Catal. B Environ., 2015, 176, 44-52.
 - 
			
[16] Q. J. Fan, J. J. Liu, Y. C. Yu, S. L. Zuo, B. S. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 360-368.
 - 
			
[17] J. H. Li, B. Shen, Z. H. Hong, B. Z. Lin, B. F. Gao, Y. L. Chen, Chem. Commun., 2012, 48, 12017-12019.
 - 
			
[18] Z. F. Huang, J. J. Song, L. Pan, Z. M. Wang, X. Q. Zhang, J. J. Zou, W. B. Mi, X. W. Zhang, L. Wang, Nano Energy, 2015, 12, 646-656.
 - 
			
[19] W. S. Seo, R. Otsuka, H. Okuno, M. Ohta, K. Koumoto, J. Mater. Res., 1999, 14, 4176-4181.
 - 
			
[20] B. Lin, L. He, H. An, W. B. Hao, J. J. Wei, Y. Z. Dai, C. S. Ma, G. D. Yang, Appl. Catal. B Environ., 2017, 220, 542-552.
 - 
			
[21] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, J. W. Zhu, G. R. Duan, X. J. Yang, J. Mater. Sci., 2015, 50, 8142-8152.
 - 
			
[22] H. Liu, Z. T. Jin, Z. Z. Xu, Z. Zhang, D. Ao, RSC Adv., 2015, 5, 97951-97961.
 - 
			
[23] J. Q. Wen, J. Xie, X. B. Chen, X. Li, Appl. Surf. Sci., 2017, 391, 72-123.
 - 
			
[24] Y. J. Cui, Y. X. Wang, H. Wang, F. Cao, F. Y. Chen, Chin. J. Catal., 2016, 37, 1899-2016.
 - 
			
[25] X. S. Rong, F. X. Qiu, J. Rong, J. Yan, H. Zhao, X. L. Zhu, D. Y. Yang, J. Solid State Chem., 2015, 230, 126-134.
 - 
			
[26] Y. H. Gao, H. X. Lin, S. Y. Zhang, Z. H. Li, RSC Adv., 2016, 6, 6072-6076.
 - 
			
[27] G. Yang, H. Ding, D. M. Chen, W. H. Ao, J. Wang, X. F. Hou, Appl. Surf. Sci., 2016, 376, 227-235.
 - 
			
[28] W. Chen, T. Y. Liu, T. Huang, X. H. Liu, X. J. Yang, Nanoscale, 2016, 8, 3711-3719.
 - 
			
[29] Y. X. Wang, H. Wang, F. Y. Chen, F. Cao, X. H. Zhao, S. G. Meng, Y. J. Cui, Appl. Catal. B Environ., 2017, 206, 417-425.
 - 
			
[30] Y. M. He, Y. Wang, L. H. Zhang, B. T. Teng, M. H. Fan, Appl. Catal. B Environ., 2015, 168, 1-8.
 - 
			
[31] J. H. Li, B. Shen, Z. H. Hong, B. Z. Lin, B. F. Gao, Y. L. Chen, Chem. Commun., 2012, 48, 2017-12019.
 - 
			
[32] Z. Chen, Y. J. Xu, Acs. Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 13353-13363.
 - 
			
[33] C. W. Tan, G. Q. Zhu, M. Hojamberdiev, K. S. Lokesh, X. C. Luo, L. Jin, J. P. Zhou, P. Liu, J. Hazard. Mater., 2014, 278, 572-583.
 - 
			
[34] Q. Liu, H. Lu, Z. W. Shi, F. L. Wu, J. Guo, K. M. Deng, L. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 17200-17207.
 - 
			
[35] Y. Zhong, J. Yuan, J. Wen, X. Li, Y. Xu, W. Liu, S. Zhang, Y. Fang, Dal-ton Trans., 2015, 44, 18260-18269.
 - 
			
[36] F. Chen, H. Yang, X. F. Wang, H. G. Yu, Chin. J. Catal., 2017, 38, 296-304.
 - 
			
[37] H. Zhao, Y. Dong, P. Jiang, H. Miao, G. Wang, J. Zhang, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 7375-7381
 - 
			
[38] X. Yang, L. Tian, X. Zhao, H. Tang, Q. Liu, G. Li, Appl. Catal. B Envi-ron., 2019, 244, 240-249.
 - 
			
[39] S. C. Zhai, P. Guo, J. M. Zheng, P. J. Zhao, B. B. Suo, Y. Wan, Acta. Phys. Sin., 2017, 66, 187102.
 - 
			
[40] F. Wang, Y. H. Ye, Y. H. Cao, Y. Zhou, Appl. Surf. Sci., 2019, 481, 604-610
 - 
			
[41] S. Sakthivel, H. Kisch, Angew. Chem. Int. Ed., 2003, 42, 4908-4911.
 - 
			
[42] Y. J. Sun, W. D. Zhang, T. Xiong, Z. W. Zhao, F. Dong, R. Q. Wang, W. K. Ho, J. Colloid Interfaces Sci., 2014, 418, 317-323.
 - 
			
[43] Y. Q. Shi, S. H. Jiang, K. Q. Zhou, B. B. Wang, B. Wang, Z. Gui, Y. Hu, R. K. K. Yuen, RSC Adv., 2014, 4, 2609-2613.
 - 
			
[44] J. Chen, S. H. Shen, P. H. Guo, P. Wu, L. J. Guo, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 4605-4612.
 - 
			
[45] Y. H. Song, K. X. Xia, Y. M. Gong, H. X. Chen, L. Li, J. J. Yi, X. J. She, Z. G. Chen, J. J. Wu, H. M. Li, H. Xu, Dalton Trans., 2018, 47, 14706-14712.
 - 
			
[46] H. Liu, Z. T. Jin, Z. Z. Xu, Z. Zhang, D. Ao, RSC Adv., 2015, 5, 407-435.
 - 
			
[47] J. S. Zhang, X. F. Chen, K. Takanabe, K. Maeda, K. Domen, J. D. Ep-ping, X. Z. Fu, M. Antonietti, X. C. Wang, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 441-444.
 - 
			
[48] B. Lin, S. Chen, F. Dong, G. D. Yang, Nanoscale, 2017, 9, 5273-5279.
 
 - 
			
 - 
							
							
							
							
							
						 
						扫一扫看文章
					计量
- PDF下载量: 9
 - 文章访问数: 1601
 - HTML全文浏览量: 116
 

下载: