研究目的
开发一种Z型β-FeOOH/g-C3N4异质结光催化剂,用于高效可见光驱动制氢,以解决纯g-C3N4存在的电荷分离效率低等局限性。
研究成果
Z型β-FeOOH/g-C3N4异质结显著提升了可见光下的光催化产氢性能,其产氢速率是纯g-C3N4的6倍,这归因于电荷分离效率的提高。该研究为开发高效可见光光催化剂提供了新思路。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的实验;未涉及实际应用中的可扩展性和长期稳定性。使用TEOA等牺牲试剂可能不具备可持续性。异质结的性能可能会受到未测试的环境因素影响。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过将β-FeOOH与g-C3N4复合构建Z型异质结,以增强可见光下的光催化产氢性能。方法包括热缩聚、水热合成和煅烧工艺。
2:样品选择与数据来源:
样品包含纯g-C3N4、β-FeOOH及不同FeCl3·6H2O添加量(CN/Fe-x,x=0.25至2 mmol)的复合材料。数据来源于材料表征与光催化测试。
3:β-FeOOH及不同FeCl3·6H2O添加量(CN/Fe-x,x=25至2 mmol)的复合材料。数据来源于材料表征与光催化测试。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(PANalytical X’pert MPD Pro)、透射电镜(FEI Tecnai G2F30 S-Twin)、红外光谱仪(Bruker Vetex70)、比表面积分析仪(Micromeritics ASAP 2020)、X射线光电子能谱(Kratos Axis Ultra DLD)、紫外-可见分光光度计(Agilent Cary 5000)、光致发光光谱仪(PTI Quanta Master 40)、三电极光电化学装置、300W氙灯光源光催化反应器及气相色谱仪。材料包含尿素、FeCl3·6H2O、乙二醇、三乙醇胺(TEOA)、H2PtCl6·6H2O、Nafion溶液等。
4:0)、比表面积分析仪(Micromeritics ASAP 2020)、X射线光电子能谱(Kratos Axis Ultra DLD)、紫外-可见分光光度计(Agilent Cary 5000)、光致发光光谱仪(PTI Quanta Master 40)、三电极光电化学装置、300W氙灯光源光催化反应器及气相色谱仪。材料包含尿素、FeCl3·6H2O、乙二醇、三乙醇胺(TEOA)、H2PtCl6·6H2O、Nafion溶液等。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:g-C3N4由尿素在600°C下合成。复合材料通过将g-C3N4与FeCl3·6H2O分散于水中蒸发后200°C煅烧制备,纯β-FeOOH单独合成。表征手段包括XRD、TEM、FTIR、BET、XPS、UV-Vis、PL、光电化学测量及可见光(λ≥420 nm)下以Pt助催化剂和TEOA牺牲试剂的光催化产氢测试。
5:数据分析方法:
各表征数据采用标准分析技术处理,光催化活性通过产氢速率与表观量子效率(AQY)计算量化。
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获取完整内容-
X-ray diffractometer
X’pert MPD Pro
PANalytical
Conducting XRD measurements to analyze crystal structures
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Transmission electron microscope
Tecnai G2F30 S-Twin
FEI
Obtaining TEM and HRTEM images for morphology evaluation
-
FTIR spectrophotometer
Vetex70
Bruker
Measuring FTIR spectra
-
X-ray photoelectron spectroscope
Axis Ultra DLD
Kratos
Detecting XPS spectra
-
UV–vis-NIR spectrophotometer
Cary 5000
Agilent
Collecting UV–Vis diffuse reflection spectra
-
Spectrodiometer
AvaSpec-2048-USB2
Avantes
Measuring intensity of incident monochromatic light
-
Accelerated surface area and porosimetry analyzer
ASAP 2020
Micromeritics
Detecting BET surface area and pore size distribution
-
Fluorescence spectrophotometer
Quanta Master 40
PTI
Recording steady state photoluminescence spectra
-
Xenon lamp
300 W
Serving as simulated visible light source for photocatalytic tests
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Gas chromatograph
Analyzing H2 gas quantitatively
-
Nafion solution
D1020
DuPont
Used in preparing working electrode for photoelectrochemical measurements
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