北方民族大学化学与化学工程学院, 宁夏太阳能化学转化技术重点实验室, 国家民委化工技术基础重点实验室, 银川 750021
石墨炔是一种新型碳的同素异形体, 其独特的结构使得该物质具有理想的高强度、导电性、导热性、透光性和高载流子迁移率、热导率等。石墨炔具有天然的带隙, 属于本征半导体, 具有特别的电荷输运性能。石墨炔与无带隙的石墨烯相比, 在0.45～1.30 eV范围内显示出带隙, 这使其在电子、催化、光学和机械方面具有强大的应用潜能, 为碳材料的基础和应用研究提供新的空间、带来了新的内涵, 引起了广泛的关注。此外, 石墨炔在Fermi能级上下附近具有2个不同的Dirac锥, 这表示石墨炔为自掺杂(self-doped)半导体, 原本就具有电荷载流子, 不需要像石墨烯一样要通过额外掺杂实现。石墨炔是十分契合的潜在的且卓越的光催化材料, 理论上只需修饰构建活性位点即可高效光诱导反应。
石墨炔 制备 光催化 产氢 graphdiyne preparation photocatalysis hydrogen production
为了消除水中的有害抗生素, 在水热条件下制备了不同质量分数比的铈(Ce)掺杂ZnFe2O4光催化材料。优化后的样品ZnFe1.96Ce0.04O4在模拟太阳光照射下, 40 min内对盐酸四环素的降解率为56.6%。样品的光电流信号响应研究证实, Ce的引入有助于提升ZnFe2O4中光生电荷对的分离。捕获剂测试实验表明, 羟基自由基和超氧自由基是最主要的活性氧物种, 直接参与了抗生素的光降解过程。此外, 在模拟太阳光照射下, ZnFe1.96Ce0.04O4的光解水产氢速率达到了230.4 μmol/(g·h)。
铁酸锌 铈掺杂 光催化 降解抗生素 产氢 zinc ferrite cerium doping photocatalysis antibiotic degradation hydrogen production
1 西北大学化工学院, 西安 710069
2 西北大学物理学院, 西安 710127
采用水热法制备了孪晶Mn0.5Cd0.5S (T-MCS)固溶体, 随后借助原位水热法获得Zn0.76Co0.24S/T-MCS纳米异质结光催化剂。结果表明: Mn0.5Cd0.5S固溶体是六方纤锌矿Mn0.5Cd0.5S (WZ-MCS)及立方闪锌矿Mn0.5Cd0.5S (ZB-MCS)交替形成的孪晶同质结; 引入Zn0.76Co0.24S可增强体系光响应能力, 提高表面载流子数量, 其中3% Zn0.76Co0.24S/T-MCS异质结在Na2S/Na2SO3混合溶液中的产氢速率可达132.9 mmol/(g·h) (300 W氙灯, λ>420 nm), 分别是Zn0.76Co0.24S和T-MCS的332.2倍和1.9倍。能带结构分析发现, WZ-MCS和ZB-MCS形成的II型同质结可实现T-MCS体相载流子的快速分离, T-MCS与Zn0.76Co0.24S之间形成的S-scheme异质结不仅促进了二者界面电荷迁移, 而且保留了T-MCS价带空穴与Zn0.76Co0.24S导带电子强的氧化还原能力, 本工作构建的同质异质结可有效提高体系的产氢动力学。
光催化产氢 孪晶结构 II型同质结 异质结 电荷转移 photocatalytic H2 production twin structure type-II homojunction heterojunction charge transfer
1 1.江苏大学 环境与安全工程学院, 镇江 212013
2 2.江苏大学 能源研究院, 镇江 212013
3 3.扬州大学 环境科学与工程学院, 扬州 225127
在光催化产氢反应中引入助催化剂可促进光生电子快速转移, 是提高光催化活性的有效方法。而目前, 高效助催化剂主要仍然是贵金属, 其高昂的价格极大限制了实际应用。本研究探讨了构筑非贵金属助催化剂CoN与g-C3N4 0D/2D紧密界面对光催化制氢性能的影响。负载非贵金属助催化剂CoN可以有效提高2D g-C3N4的光催化制氢活性, 负载量对其活性也有影响。构筑的0D/2D紧密界面有利于光生电子快速传输。两者的共同作用使得10% CoN/2D g-C3N4复合物光催化制氢效率达到403.6 μmol·g-1·h-1, 是2D g-C3N4单体的20倍。在CoN/2D g-C3N4复合材料中, 负载CoN作为析氢助催化剂可以显著促进电荷转移过程, 从而大幅提高光催化析氢活性。
非贵金属 CoN 助催化剂 光催化 产氢 non-noble metal CoN cocatalyst photocatalysis hydrogen production
湖北大学 化学化工学院, 有机化工新材料湖北省协同创新中心, 有机功能分子合成与应用教育部重点实验室, 武汉 430062
开发高效廉价的催化剂对于清洁能源经济至关重要, 将氨硼烷的催化水解用于氢能源开发前景广阔。本工作首先采用简单回流法制备BiVO4纳米片, 再通过浸渍还原法制备出Ru/Fe不同摩尔比的RuFe@BiVO4催化剂, 并在室温下用于催化氨硼烷水解产氢。通过比较载体BiVO4、Ru@BiVO4、Fe@BiVO4、RuFe@BiVO4以及无载体的RuFe纳米粒子的催化产氢速率发现, 在所有的催化剂中, Ru1Fe0.1@BiVO4具有最高的催化活性, 非贵金属Fe能显著增强Ru的催化性能, 这与RuFe之间强的电子效应以及RuFe纳米粒子与载体BiVO4间的双功能效应密切相关, 其活化能(Ea)为43.7 kJ·mol-1, 转化频率(TOF)为205.4 molH2·molRu·min-1。
钒酸铋 RuFe纳米粒子 协同催化 氨硼烷 产氢 BiVO4 RuFe nanoparticles synergistic catalysis ammonia borane releasing hydrogen
1 桂林理工大学材料科学与工程学院，桂林 541004
2 广西有色金属及特色材料加工教育部重点实验室，广西光电材料与器件重点实验室，桂林 541004
通过简单的醋酸钠与g-C3N4前驱体三聚氰胺共混直接在空气气氛下烧制成功制备出氰基修饰的g-C3N4。采用XRD、SEM、FT-IR、XPS、UV-Vis、PL和EIS对所得催化剂的物相结构、形貌和光学性能进行了表征。合成的氰基修饰的g-C3N4有着高效的光催化产氢性能，比原始g-C3N4的光催化产氢性能最高提高4.5倍(λ≥ 420 nm)，归固于氰基增强了光生电子和空穴的分离能力。另外，氰基修饰的g-C3N4在循环光催化产氢过程中展现了良好的光催化稳定性。
氰基修饰 光催化 产氢 cyano-modified g-C3N4 g-C3N4 photocatalysis H2 production
西安建筑科技大学材料与矿资学院, 陕西 西安 710055
固体废弃物高附加值利用是资源可持续发展的重要途径之一, 创新性的提出了以丙烯酸树脂乳液为孔形成剂, 对碱激发钢渣基胶凝材料的孔结构进行调变, 制备出新型多孔碱激发钢渣基胶凝材料, 采用初湿浸渍法合成了一种新型的CeO2负载的多孔钢渣基催化剂。 利用XRF, XRD, BET, UV-Vis DRS等手段对光催化剂的组成、 结构及光谱性能进行了表征, 评价了其光催化分解水制氢活性。 结果表明: 孔形成剂的加入, 改变了碱激发钢渣基胶凝材料的孔结构, 其介孔体积增加了70.27%, 负载8 Wt% CeO2的光催化剂介孔体积增加了144.14%。 在模拟太阳光源辐照6 h后, 负载8 Wt% CeO2的光催化剂的最高产氢活性(7 653 μmol·g-1)和产氢速率［1 275.5 μmol·(g·h)-1］归因于介孔体积增加了水分子的传质速率以及高分散的CeO2活性组分与载体中FeO形成的耦合半导体促进了光生电子-空穴对的高效分离。
碱激发 钢渣基胶凝材料 孔形成剂 光催化产氢 Alkali-activated Steel slag-based cementitious material Pore-forming agent CeO2 CeO2 Photocatalysis
