无贵金属光催化剂VC/CdS纳米线将苯甲醇选择性氧化为苯甲醛并产氢

太阳能制氢作为一种绿色、实用、可再生的能源生产技术越来越受到人们的关注.传统的光解水产氢通常用三乙醇胺、硫化钠/亚硫酸钠、乳酸、甲醇、抗坏血酸和甲醇等做牺牲剂,这些试剂的加入不仅会污染环境,还会增加制氢成本.而目前完全无牺牲剂体系的产氢效率普遍较低,使得发展经济绿色的牺牲剂体系尤为迫切.通过光催化在单一水性体系中同时生产可储存和可再生的氢气与高附加值的有机化学品是一种新兴环保的策略.本文采用简单的静电自组装和煅烧方法将碳化钒(VC)和CdS纳米线(NW)复合形成VC/CS.结果表明,与原始的CdS NWs相比,负载适量VC的CdS NWs的光催化活性显著提高.然而,同时促进光解水产氢和苯甲醇选择性氧化的机理仍需要进一步探究.X射线衍射谱、高倍透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜以及光电子能谱结果表明,VC和CdS NW是紧密结合的,且Cd,S,C和V元素均匀分布,由于两者之间的紧密结合引起了催化剂颜色变化.紫外可见光谱(UV-Vis)结果表明,样品的光吸收范围增大,但吸收带边没有发生明显改变.当采用Na_(2)S·9H_(2)O和Na_(2)SO_(3)做牺牲剂时,VC/CS的产氢活性明显高于Pt负载的CdS,说明VC是一种非常有利于产氢的非贵金属助催化剂.当改用苯甲醇(BO)做牺牲剂时,产氢速率明显增加,同时苯甲醇选择性氧化成苯甲醛(BD).进一步增加VC的负载量,样品产氢活性先增加后减小;当VC的负载量达到15%(VC/CS-15)时,在可见光(λ>420 nm)照射2 h后产氢效率达到20.5 mmol g^(–1) h^(–1),BO转化率为41%,BD选择性超过99%,约为CdS NW的661倍.将光活性测试时间由2 h延长至4 h,BO转化率由41%提高到58%,但BD选择性降至88%.样品VC/CS-15上BD和H_(2)生成趋势与UV-Vis漫反射光谱结果一致,表明反应是通过光催化过程进行的.此外,VC/CS-15在单色420 nm处产生BD和H_(2)的表观量子效率约为7.5%.光催化活性的增强是由于VC的加入降低了样品的Zeta电位,使其对BO具有更强的吸附作用,同时VC在CdS NWs上的牢固附着为质子还原提供了更多的活性位点,通过减少电荷传输距离和提供更宽的电子传输通道来增强光生电子的传输.综上,本文设计的同时产氢和生成高附加值有机化学品的方法光解水产氢提供了新思路.

珊瑚状Ni_(2)P修饰新型四足状Cd_(0.9)Zn_(0.1)SZB/WZ同质结光催化剂的高效 可见光光催化产氢

随着社会发展,传统化石能源消耗加剧,人类迫切需要开发新型的清洁能源.半导体光催化分解水产氢是一种非常具有潜力解决能源危机的清洁技术.目前,金属硫化物半导体有着合适的能带结构和高效的光催化产氢能力而得到了广泛的研究.通常,为了提高光催化剂产氢性能,添加贵金属助催化剂是一个行之有效的方法.但是贵金属昂贵的价格限制了其大规模的应用,因此有必要研究储量丰富,价格低廉的高效助催化剂.Ni_(2)P,CoP,Co_(2)P,MoP,Cu_(3)P等过渡金属磷化物具有价格低廉,优异的稳定性和催化性能而被用作电催化产氢的催化剂.通常,用于电催化产氢的催化剂往往可以作为光催化产氢的助催化剂.众所周知,催化性能与材料的形貌密切相关,因此,具有棒状、中空、片状等形貌的金属硫化物被制备并用于光催化产氢.然而,四足状结构的金属硫化物研究较少.在已有的Ni_(2)P(NP)相关研究中,仅合成了纳米颗粒状的NP.本文成功合成了四足状Cd_(0.9)Zn_(0.1)S(CZS)和珊瑚状形貌的NP,进一步得到一系列Ni_(2)P-Cd_(0.9)Zn_(0.1)S(NPCZS)光催化剂,采用XRD,SEM,TEM,XPS和ICP-AES测试了样品的结构、形貌、表面成分和元素含量,并测试了样品的光催化产氢性能.采用水热法合成的CZS样品具有特殊的四足状形貌,足部由纳米棒组成.XRD结果表明,四足状CZS中立方相(WZ)和六方相(ZB)共存.经TEM进一步分析,发现CZS中心部位呈ZB相结构,而足部却是WZ相.经光催化性能测试,这种新型四足状CZS表现出优异的光催化产氢性能.进一步通过超声或研磨破坏四足状结构后,发现CZS的产氢性能显著下降,说明四足状形貌是材料性能提高的关键.通过分析WZ和ZB两物相的价带顶和导带底的电位发现,ZB/WZ间形成的同质结可以加速光生载流子的分离和传输.NP也采用水热法制备,其具有珊瑚状形貌.该形貌具有高的比表面积,可以提供更多的活性位点,进一步提高了材料的光催化性能.光催化性能测试表明,NP负载量为12 wt%的NPCZS-12样品表现出很好的产氢性能(l.88 mmol h^(-1)),是纯CZS的1.43倍.同时,NPCZS-12具有良好的光稳定性和循环使用性能.结合光催化实验、光谱实验、表面光电压和电化学测试的结果发现,四足状形貌、同质结和NP助催化剂的协同效应是NPCZS具有良好光催化性能的主要原因.

高分散Co_(0.2)Ni_(1.6)Fe_(0.2)P助催化剂改性P掺杂g-C_(3)N_(4)纳米片高效光催化析氢的研究

随着化石燃料使用的增加和温室气体排放量持续上升,20世纪以来气温上升得更快。开发环境友好型能源取代传统化石燃料是当务之急。氢能源作为-种清洁、高效的能源,被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源。光催化水分解水产氢作为为一种环保型技术被认为是最有前景的氢能生产方法。提高光生电子-空穴对分离效率是构建高效光催化剂的关键。然而,利用高度分散的助催化剂构建高效、稳定的产氢光催化剂仍然是-一个挑战。本文首次成功地采用--步原位高温磷化法制备了高度分散的非贵金属三金属过度金属磷化Co_(0.2)Ni_(1.6)Fe_(0.2)P助催化剂(PCNS-CoNiFeP)掺杂P的石墨相氮化碳纳米片(PCNS)。有趣的是,PCNS-CoNiFeP与传统氢氧前驱体磷化法制备的CoNiFeP相比,没有聚集性,分散性高。X射线衍射(XRD).X射线光电子能谱(XPS).元素映射图像和高分辨率透射电镜(HRTEM)结果表明,PCNS-CoNiFeP已成功合成。紫外-可见吸收光谱结果表明,PCNS-CoNiFeP在200--800 nm波长范围内较PCNS略有增加。光致发光光谱、电化学阻抗谱(EIS)和光电流分析结果表明,CoNiFeP助催化剂能有效促进光生电子空穴对的分离,加速载流子的迁移。线性扫描伏安法(LSV)结果还表明,负载CoNiFeP助催化剂可大大降低CNS的过电位。结果表明,以三乙醇胺溶液为牺牲剂的PCNS-CoNiFeP最大产氢速率为1200 μmol-h^(-1).g^(-1),是纯CNS-Pt(320 μmol-h^(-1).g^(-1))的4倍。在420 nm处的表观量子效率为1.4%。PCNS-CoNiFeP在光催化反应中也表现出良好的稳定性。透射电镜结果表明,6-8 nm的CoNiFeP高度分散在PCNS表面。高度分散的CoNiFeP比聚集的CoNiFeP具有更好的电荷分离能力和更高的电催化析氢活性。由此可见,聚合的CoNiFeP-PCNs(300 μmol-h^(-1).g^(-1))的产氢速率远低于PCNS-CoNiFeP.此外,CNS的P掺杂可以改善其电导率和电荷传输。