研究目的
开发亚5纳米超细FeP纳米点作为高效助催化剂,修饰多孔g-C3N4,实现可见光下无贵金属光催化制氢。
研究成果
FeP/g-C3N4异质结由于界面处高效的电荷分离与迁移展现出增强的光催化产氢性能,其最优产氢速率为177.9 μmol h?1 g?1,在420 nm波长下的表观量子效率(AQY)为1.57%。该研究证明了非贵金属助催化剂在太阳能转化中的潜力,实验与理论分析的见解为光催化材料设计与应用指明了未来方向。
研究不足
该研究可能在合成方法的可扩展性、较高负载量下纳米颗粒的潜在团聚导致活性降低,以及工业应用需进一步优化等方面存在局限。使用TEOA作为牺牲剂可能不利于大规模制氢的可持续性。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过以NaH2PO2为磷源对Fe3O4/g-C3N4纳米复合材料进行气相磷化,合成FeP/g-C3N4异质结。方法包括热分解法、溶液负载法及惰性气氛下的磷化煅烧工艺。
2:样品选择与数据来源:
样品包含纯g-C3N4、不同铁负载量(0.73至17.85 wt%)的Fe3O4/g-C3N4复合物及FeP/g-C3N4杂化材料。表征技术数据来自XRD、TEM、HRTEM、EDX、UV-vis、FTIR、XPS、PL、TRPL及PEC测试。
3:不同铁负载量(73至85 wt%)的Fe3O4/g-C3N4复合物及FeP/g-C3N4杂化材料。表征技术数据来自XRD、TEM、HRTEM、EDX、UV-vis、FTIR、XPS、PL、TRPL及PEC测试。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括电化学工作站(CHI 6005E)、透射电镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计、红外光谱仪、XPS分析仪、荧光光谱仪及光电化学池装置。材料包含尿素、油酸铁配合物、油酸、1-十八烯、1-十四烯、NaH2PO2、DMF、己烷、乙醇、碳纤维纸、Ag/AgCl参比电极、铂片对电极、Na2SO4电解液及空穴捕获剂三乙醇胺(TEOA)。
4:DMF、己烷、乙醇、碳纤维纸、Ag/AgCl参比电极、铂片对电极、Na2SO4电解液及空穴捕获剂三乙醇胺(TEOA)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:包括热分解法制备Fe3O4纳米颗粒、尿素聚合合成g-C3N4、溶剂混合体系中超声负载Fe3O4至g-C3N4、氩气流中350°C磷化处理、TEOA存在下可见光照射光催化产氢测试及三电极体系PEC测量。
5:溶剂混合体系中超声负载Fe3O4至g-C3N氩气流中350°C磷化处理、TEOA存在下可见光照射光催化产氢测试及三电极体系PEC测量。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用XRD进行物相鉴定,TEM/HRTEM分析形貌,EDX测定元素组成,UV-vis研究光学性质,FTIR检测官能团,XPS分析化学状态,PL/TRPL探究载流子动力学,PEC测试光电流,EIS、Mott-Schottky和LSV表征电化学性能,DFT计算氢吸附吉布斯自由能。
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potentiostat
CHI 6005E
CH Instruments
Used for photoelectrochemical measurements including photocurrent response, EIS, Mott-Schottky, and LSV spectra.
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transmission electron microscope
Used for TEM and HRTEM imaging to analyze morphology and structure of samples.
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X-ray diffractometer
Used for XRD analysis to identify crystal phases of samples.
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UV-vis spectrophotometer
Used for UV-vis diffuse reflectance spectra to study optical properties.
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FTIR spectrometer
Used for FTIR spectra to analyze functional groups.
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XPS analyzer
Used for XPS analysis to determine chemical states of elements.
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PL spectrometer
Used for steady-state and time-resolved PL spectroscopy to study charge carrier dynamics.
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