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一种高性能光催化水氧化体系：通过气体处理实现磷掺杂g-C3N4与金属磷化物共催化剂的同步形成

DOI：10.1002/cssc.201802382 期刊：ChemSusChem 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 石墨相氮化碳(g-C3N4)作为光催化剂用于水分解已得到广泛研究。其中阳极析氧反应(WOR)仍是该过程的主要障碍，具体表现为g-C3N4比表面积低、光吸收能力差以及电荷转移效率低等问题。本研究通过纳米结构g-C3N4的带隙与表面工程部分解决了这些长期存在的问题：通过将g-C3N4构筑于纳米棒TiO2上避免层状g-C3N4团聚，显著提升了比表面积和电荷转移效率；此外，对TiO2/g-C3N4体系进行简单的磷化气体处理，不仅将g-C3N4带隙缩小0.57 eV至可见光范围，还原位生成了金属磷化物(M=Fe,Cu)析氧助催化剂。这种TiO2/g-C3N4/FeP结构显著改善了电荷分离与转移能力，使光电化学系统在可见光(>420 nm)下获得优异光电流：相对于可逆氢电极(RHE)，1.23 V时达0.3 mA·cm-2，2.0 V时达1.1 mA·cm-2，这是以g-C3N4为光阳极取得的最高值。我们预期这种通过简单磷化气体处理制备的TiO2/g-C3N4/FeP结构将为开发高效g-C3N4析氧材料提供新思路。
作者： Dong-Dong Qin，Jing-Jing Quan，Shi-Fang Duan，Jovan San Martin，Yixiong Lin，Xiaolin Zhu，Xiao-Qiang Yao，Jin-Zhan Su，Ingrid Rodríguez-Gutiérrez，Chun-Lan Tao，Yong Yan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过磷掺杂和气体处理形成助催化剂，构建高性能体系，以解决g-C3N4在光催化水氧化中存在的比表面积低、光吸收差及电荷转移效率低的问题。

研究成果

通过磷化气体处理制备的TiO2/g-C3N4/FeP结构显著提升了光电极水氧化性能，其通过增强光吸收、电荷分离与转移效率，实现了基于g-C3N4光阳极的最高报道光电流值，并具有良好的稳定性。

研究不足

该论文未明确说明局限性，但潜在方面包括电极稳定性（观察到光电流衰减）、气体处理工艺的可扩展性，以及与其他绝对电荷转移效率较低的半导体的比较。

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