研究目的
通过在可见光照射下整合非贵金属助催化剂Ni3N来增强g-C3N4的光催化产氢活性。
研究成果
通过简易热氨解法制备的Ni3N/g-C3N4复合光催化剂,在可见光照射下显著提升了光催化产氢性能,其产氢速率约为原始g-C3N4的三倍,并在多次循环中保持良好稳定性。Ni3N通过促进电荷分离与转移发挥高效助催化剂作用。该研究证实了无贵金属Ni3N在实际光催化应用中的潜力。
研究不足
该研究未明确提及局限性,但潜在问题包括:牺牲试剂(三乙醇胺)可能不适用于大规模应用,以及需进一步优化Ni3N负载量以避免过量导致复合中心形成。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用简便的热氨解法制备Ni3N/g-C3N4复合光催化剂。通过水热合成后通入NH3气体进行退火处理,将Ni3N纳米颗粒负载于g-C3N4表面。该策略旨在利用Ni3N作为助催化剂改善g-C3N4的电荷分离与转移效率,从而提升光催化产氢性能。
2:样品选择与数据来源:
原始g-C3N4通过前驱体热解制备。通过改变Ni(NO3)2·6H2O和六亚甲基四胺(HMT)在含g-C3N4水溶液中的投料量,经水热处理和退火得到不同Ni3N负载量(标记为#1至#4)的Ni3N/g-C3N4复合材料。同时制备原始Ni3N作为对比样品。
3:实验仪器与材料清单:
所用试剂包括Ni(NO3)2·6H2O、HMT、g-C3N4、三乙醇胺(TEOA)等(购自阿拉丁化学试剂公司)。主要仪器包含粉末X射线衍射仪(PXRD, D/max-TTR III)、扫描电子显微镜(SEM, SIRION200)、透射电子显微镜(TEM, JEM-2010)、紫外-可见分光光度计(SOLID 3700)、X射线光电子能谱仪(XPS, ESCALAB 250)、配备紫外截止滤光片(λ>420 nm)的300W氙灯、气相色谱仪(GC, SP6890配TCD检测器)以及光电流响应、电化学阻抗(EIS)和荧光光谱(PL)等电化学测试装置。
4:2O、HMT、g-C3N三乙醇胺(TEOA)等(购自阿拉丁化学试剂公司)。主要仪器包含粉末X射线衍射仪(PXRD, D/max-TTR III)、扫描电子显微镜(SEM, SIRION200)、透射电子显微镜(TEM, JEM-2010)、紫外-可见分光光度计(SOLID 3700)、X射线光电子能谱仪(XPS, ESCALAB 250)、配备紫外截止滤光片(λ>420 nm)的300W氙灯、气相色谱仪(GC, SP6890配TCD检测器)以及光电流响应、电化学阻抗(EIS)和荧光光谱(PL)等电化学测试装置。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:g-C3N4通过热解法合成。制备Ni3N/g-C3N4时,将定量Ni(NO3)2·6H2O和HMT溶于水并与g-C3N4混合,120°C水热处理12小时后洗涤干燥,再经380°C NH3气氛退火3小时。光催化产氢测试在磁力搅拌的烧瓶中进行,采用氙灯可见光照射,通过GC定量H2产量。光电流、PL光谱和EIS等电化学表征在Na2SO4水溶液体系完成。
5:数据分析方法:
通过XRD分析晶体物相;SEM/TEM/EDX观察形貌与成分;XPS测定元素化学状态;UV-Vis分析光学性质;PL光谱评估载流子复合速率;光电流和EIS表征电荷分离效率。产氢速率由GC数据计算,表观量子效率(AQY)按给定公式计算。
独家科研数据包,助您复现前沿成果,加速创新突破
获取完整内容-
Powder X-ray Diffractometer
D/max-TTR III
Analyzing crystalline phases of samples
-
Scanning Electron Microscope
SIRION200
Observing morphology and material composition
-
Transmission Electron Microscope
JEM-2010
Observing morphology and nanoparticle deposition
-
UV-Vis Spectrometer
SOLID 3700
Measuring light harvesting properties
-
X-ray Photoelectron Spectrometer
ESCALAB 250
Investigating chemical states and surface composition
-
Xenon Lamp
300-W
Providing visible-light irradiation for photocatalytic tests
-
Gas Chromatograph
SP6890
Quantifying photocatalytic H2 production
-
登录查看剩余5件设备及参数对照表
查看全部