石墨炔是一種新型的碳材料，因其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。與常規(guī)方法不同的是，本文采用一鍋法制備Graphdiyne(CnH2n-2)-CuI二元異質(zhì)結(jié)，然后與NiCo LDH結(jié)合。研究證實(shí)基于石墨炔構(gòu)建雙S異質(zhì)結(jié)是有效提高光催化分解水制氫的有效途徑。
能源危機(jī)和環(huán)境污染問題推動(dòng)了光催化技術(shù)在環(huán)境治理和光催化制氫中的應(yīng)用，制備可替代不可再生能源的清潔能源是科學(xué)研究的重點(diǎn)。石墨炔是一種新型的單原子層狀碳的同素異形體，實(shí)現(xiàn)了sp、sp2雜化碳原子在二維(2D)平面上的共存。本文采用一鍋法制備GDY-CuI二元異質(zhì)結(jié)并通過超聲攪拌法制備了三元雜化光催化劑(GDY/CuI/NiCo LDH)。在該三元共聚物雜化光催化劑中，不同形貌的NiCo LDH (納米花和納米棒)、GDY和CuI之間雙s型異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移，在光催化反應(yīng)中表現(xiàn)出較強(qiáng)的氧化還原能力，從而增強(qiáng)了析氫活性。
圖1. (A) GDY的FTIR光譜;(B) GDY的拉曼光譜。 圖1A 在2190cm-1的GDY紅外光譜波段來自C≡C拉伸振動(dòng)；GDY的拉曼光譜中1999 cm-1和2178 cm-1處的特征峰特屬于-C≡C-C≡C-(共軛二乙炔鍵)的振動(dòng)。 圖2 (A) GDY-CuI、NiCoLDH-F、 NiCoLDH-R、NCFG-12、 NCRG-10、 NCFGD-12和 NCRGD-10的H2演化; (B)復(fù)合催化劑NCFGD-x (x=8, 10, 12, 14) 的H2演化; (C)復(fù)合催化劑NCRGD-x (x=8, 10, 12, 14) 的H2演化; (D) NCFG-12在不同PH條件下H2的演化; (D) NCRGD-10在不同PH條件下H2的演化; (F) NCFG-12和NCRGD-10的穩(wěn)定性試驗(yàn)。 圖2A-C所示，將單一催化劑GDY-CuI和不同形貌的NiCo LDH按不同比例調(diào)節(jié)制備復(fù)合催化劑。NCFGD-12在5h時(shí)產(chǎn)氫量達(dá)到12.09 μmol·h-1, NCRGD-10在5h時(shí)產(chǎn)氫量達(dá)到13.47 μmol·h-1。在圖2B-C, 氫產(chǎn)量呈先增大后減小的“山峰狀”。如圖2D-E, 相同產(chǎn)氫環(huán)境下，pH=9的犧牲試劑TEOA更有利于NCFGD-12和NCRGD-10催化劑釋氫，圖2F中25 h連續(xù)產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)證實(shí)了此光催化劑良好的光催化產(chǎn)氫穩(wěn)定性。 圖3(A-D) GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的帶隙結(jié)構(gòu); (F-I) GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R能帶結(jié)構(gòu)。 圖3C-F，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的帶隙分別為0.86 eV、2.92 eV、1.60 eV和1.66 eV；圖3F-I所示，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的平帶電位分別為-1.11、0.35、-0.68和-0.74 eV，這與之前的報(bào)道一致。從圖3F-I中得出，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R均是n型半導(dǎo)體。 本文采用超聲攪拌法制備了GDY/CuI/NiCo LDH三元異質(zhì)結(jié)光催化劑。同時(shí)雙s異質(zhì)結(jié)的形成有效抑制光載流子的配對(duì)，提高了光吸收能力，更多的光生電子參與H+的還原,光催化體系的析氫能力得以提高,這無疑為構(gòu)建高效的光催化制氫體系提供新的設(shè)計(jì)思路。 論文信息 Graphdiyne(CnH2n-2)-Based NiCo LDH – Graphdiyne – CuI Double S-Scheme Heterojunction For Efficient Photocatalytic Hydrogen Production Dr. Yueyang Zhang, Dr. Hai Liu, Dr. Mengxue Yang, Dr. Shanchi Liu, Prof. Zhiliang Jin ChemPhotoChem DOI: 10.1002/cptc.202200240
