編號(hào)：FTJS09020
篇名：硫化鈷改性石墨炔構(gòu)建S型異質(zhì)結(jié)高效光催化產(chǎn)氫
作者：靳治良 李紅英 李俊柯
關(guān)鍵詞： 石墨炔 Co9S8 S型異質(zhì)結(jié) 光催化制氫
機(jī)構(gòu)： 北方民族大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院
摘要： 石墨炔(GDY,g-CnH2n-2)作為一種新型的由sp和sp2雜化的碳原子構(gòu)成的二維碳材料,因其獨(dú)特的納米級(jí)孔隙、二維層狀共軛骨架結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體性質(zhì)等特性,使之在能源、電化學(xué)、光催化、光學(xué)、電子學(xué)等諸多領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì).它作為一種具有良好的層狀結(jié)構(gòu)的新型碳材料,其可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了石墨烯無(wú)明顯帶隙的缺點(diǎn),有望在光催化分解水領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景.本文報(bào)道了以CuI粉末為催化劑制備石墨炔的新方法,并對(duì)其進(jìn)行改性后制備了Co9S8-GDY-CuI新型復(fù)合材料;即通過(guò)有機(jī)合成法和水熱法將GDY-CuI片層材料與Co9S8納米顆粒復(fù)合,合理構(gòu)建了S型異質(zhì)結(jié),展現(xiàn)出良好的光催化活性.石墨炔的層狀結(jié)構(gòu)有利于Co9S8納米粒子的分散,能夠有效避免粒子聚集,從而暴露出更多的活性位點(diǎn).石墨炔獨(dú)特的電子轉(zhuǎn)移特性使得它與染料分子之間的相互作用和鍵合都能表現(xiàn)出良好的電子轉(zhuǎn)移特性.因此,制備的Co9S8-GDY-CuI在染料敏化體系中的產(chǎn)氫活性達(dá)到了1411.82μmolg-1h-1,是純石墨炔的10.29倍.通過(guò)表征技術(shù)深入研究了該復(fù)合材料產(chǎn)氫活性提高的內(nèi)在原因.拉曼光譜研究結(jié)果表明材料中存在炔基鍵,X射線光電子能譜中碳擬合峰以C-C(sp2)和C-C(sp)的形式存在,且兩者之間的峰面積之比約為1:2,該結(jié)果與理論值吻合.紅外光譜結(jié)果表明,純石墨炔和復(fù)合材料中存在C≡C.結(jié)合紫外可見(jiàn)漫反射和莫特-肖特基表征結(jié)果對(duì)材料的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析并且提出了該反應(yīng)的可能機(jī)理.結(jié)果表明,Co9S8-GDY-CuI樣品之間形成了雙S型異質(zhì)結(jié),有效地加速了電子的分離和轉(zhuǎn)移.S型異質(zhì)結(jié)的存在有利于提高材料內(nèi)部的電荷分離效率,保留了更為有效的氧化還原電位,更有利于該材料光催化分解水反應(yīng)的進(jìn)行.此外,復(fù)合材料中Co9S8納米粒子的引入提高了Co9S8-GDY-CuI對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力,增強(qiáng)了對(duì)于可見(jiàn)光的利用率.光致發(fā)光光譜和電化學(xué)測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證明了復(fù)合材料中光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合被有效抑制,是Co9S8-GDY-CuI材料產(chǎn)氫活性得以提高的內(nèi)在原因之一.上述研究表明,Co9S8-GDY-CuI之間異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建為材料光催化反應(yīng)的進(jìn)行提供了一條有效的電子轉(zhuǎn)移路徑.本文為石墨炔材料在光催化分解水制氫相關(guān)領(lǐng)域提供了一個(gè)可借鑒的新思路.
