編號：NMJS08377
篇名：二維非金屬的石墨相氮化碳/共價三嗪骨架異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料用于高效和高選擇性光催化二氧化碳還原
作者：何杰 王選東 金尚彬 劉兆清 朱明山
關(guān)鍵詞： 二氧化碳還原 共價三嗪骨架 石墨相氮化碳 非金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光催化
機構(gòu)： 暨南大學(xué)環(huán)境學(xué)院 西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院 廣州大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院/廣州大學(xué)清潔能源材料研究所/廣州市清潔能源材料重點實驗室 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院
摘要： 利用太陽光驅(qū)動CO2轉(zhuǎn)化成為有價值的化工品是一種極具前景的降低大氣中CO2含量和生產(chǎn)可再生能源的方法,而這種方法主要依賴于具有高效分離載流子能力的光催化劑.本文將石墨相氮化碳(g-C3N4,簡寫為CN)和共價三嗪骨架(CTF)結(jié)合的非金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)(CN/CTF)應(yīng)用于CO2的光催化還原反應(yīng)中.材料的zeta電位和X射線光電子能譜結(jié)果表明,CN和CTF在超聲自組裝過程中通過靜電作用力相結(jié)合,并進一步通過共價鍵作用增強其界面反應(yīng)形成CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu).紫外可見漫反射光譜、光致發(fā)光光譜和時間分辨熒光衰變光譜等結(jié)果表明,CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較好的可見光吸收性質(zhì),同時具備高效分離光生載流子的能力,其電子轉(zhuǎn)移速率達(dá)2.04×108s‒1,有助于提高光催化CO2還原效率.CTF的引入可以極大提高CN的光催化活性,當(dāng)CTF含量為2.5 wt%時CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)還原CO2生成CO的產(chǎn)率達(dá)到151.1μmol/(g·h),可穩(wěn)定保持30 h,且反應(yīng)過程中幾乎沒有CH4的生成,CO生成選擇性達(dá)99.9%.與單純的CTF和CN相比,最優(yōu)條件的CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)在可見光照射下能更有效地分離載流子,且載流子復(fù)合率更低,其光催化CO2還原成CO的產(chǎn)率分別為CTF和CN的25.5倍和2.5倍.與已報道的基于CN和CTF的光催化劑相比,CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有更好的光催化活性、穩(wěn)定性和還原CO2選擇性.莫特肖特基曲線測試等實驗結(jié)果表明,CN的導(dǎo)帶電位和價帶電位分別為-1.20和1.73 V,而CTF的分別為-0.78和1.71 V,該能帶結(jié)構(gòu)使得CN和CTF形成Ⅰ型異質(zhì)結(jié),有利于進行CO2/CO的還原反應(yīng)(氧化還原電位為-0.52 V).在反應(yīng)動力學(xué)上,CN/CTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化CO2還原生成CO僅需兩對H+/e−,提高了生成CO的選擇性,同時助劑2,2’-聯(lián)吡啶配合物的加入可加快電子傳輸效率,實現(xiàn)CO2的吸附斷鍵和光催化還原的動態(tài)循環(huán).綜上,本文有望為基于太陽光驅(qū)動的光催化還原CO2研究領(lǐng)域提供新的高效非金屬催化劑.
