研究目的
揭示木棉纤维作为生物模板原位构建C掺杂g-C3N4@C、N共掺杂TiO2核壳异质结光催化剂的作用,并评估其光催化产氢性能。
研究成果
以木棉纤维为生物模板,成功合成了具有C掺杂g-C3N4壳层和C、N共掺杂TiO2核层的核壳异质结光催化剂。CCN/T-1.5样品表现出最佳性能,由于可见光吸收增强和高效的电荷载流子分离,展现出较高的产氢速率。这种发育良好的核壳结构对未来高效光催化剂的设计至关重要。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的合成与测试,未涉及工业化应用的规?;尚行浴:丝墙峁剐纬杉安粼踊平衔丛樱杞徊娇估砺劢?。光催化性能可能因环境条件差异或牺牲试剂不同而发生变化。
1:实验设计与方法选择:
采用煅烧辅助的一锅水热生物模板法合成核壳异质结光催化剂。以木棉纤维为生物模板实现g-C3N4和TiO2的原位碳掺杂,尿素作为g-C3N4前驱体促进TiO2的碳氮共掺杂。通过改变TiO2前驱体浓度研究其对核壳纳米结构演变的影响。
2:样品选择与数据来源:
木棉纤维购自马来西亚Perusahaan Bonda公司?;约涟阉嵴□?、尿素、异丙醇、硝酸、硫酸钠和六氯铂酸(IV)六水合物,分别采购自Sigma Aldrich、QReC马来西亚和Nacalai Tesque/日本。制备不同TiO2前驱体浓度(0.5、1.0、1.5、2.0 M)的样品,标记为CCN/T-0.5、CCN/T-1.0、CCN/T-1.5、CCN/T-2.0。
3:0 M)的样品,标记为CCN/T-CCN/T-CCN/T-CCN/T-0。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括用于水热合成的聚四氟乙烯内衬高压釜、煅烧炉、布鲁克D8 Advance X射线衍射仪、珀金埃尔默傅里叶变换红外光谱仪、Kratos Analytical Axis Ultra DLD光电子能谱仪(XPS)、配备EDS的FEI Quanta 400F扫描电镜、JEOL JEM-2010HR透射电镜、梅特勒托利多热重分析仪、Micromeritics 3Flex比表面积分析仪、珀金埃尔默紫外-可见-近红外分光光度计、Horiba Scientific光致发光光谱仪、Ametek VersSTAT 4电化学工作站(PEC测量),以及配备AM 1.5滤光片的500 W氙灯(光催化反应)。材料包括木棉纤维、钛酸正丁酯、尿素、异丙醇、硝酸、硫酸钠和六氯铂酸(IV)六水合物。
4:5滤光片的500 W氙灯(光催化反应)。材料包括木棉纤维、钛酸正丁酯、尿素、异丙醇、硝酸、硫酸钠和六氯铂酸(IV)六水合物。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:将预处理木棉纤维浸入尿素溶液,滴加异丙醇中的TiO2前驱体,随后加入硝酸,经搅拌、超声处理后,在150°C下水热反应2小时,最后500°C煅烧。表征手段包括XRD(物相分析)、FTIR(官能团)、XPS(化学成分)、SEM/TEM(形貌)、TGA(热稳定性)、BET(织构性质)、UV-Vis(光学性质)、PL(载流子复合)、PEC(光电流与EIS),以及甲醇水溶液中Pt助催化剂下的光催化产氢测试。
5:数据分析方法:
使用仪器配套软件分析数据:XRD进行物相分析,FTIR分析官能团,XPS确定化学成分,SEM/TEM观察形貌,TGA评估热稳定性,BET测定织构性质,UV-Vis分析光学性质,PL研究载流子复合,PEC测量光电流与阻抗,氢微传感器定量产氢量。
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