研究目的
通过硒蒸气处理引入氮缺陷,增强石墨相氮化碳(g-C3N4)的光催化产氢活性,以解决其电荷载流子复合率高和可见光吸收有限的问题。
研究成果
通过硒蒸气处理向g-C3N4引入氮缺陷,可显著缩小带隙、增强可见光吸收并促进载流子分离,从而大幅提升光催化产氢性能。优化样品的H2析出速率较原始g-C3N4提高3.4倍且稳定性良好。该方法为光催化剂缺陷工程提供了可行方案,在可持续能源技术领域具有进一步优化和应用的潜力。
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。硒蒸气处理方法在精确控制缺陷密度方面可能存在局限,且使用铂助催化剂会增加成本。关于硒处理的环境与安全问题未作讨论。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过硒蒸气处理引入氮空位,合成了原始g-C3N4和缺氮g-C3N4。方法包括煅烧、蒸气处理及多种表征手段分析结构和光催化性能。
2:样品选择与数据来源:
原始g-C3N4由双氰胺前驱体合成。缺氮样品通过在350°C下用硒蒸气处理g-C3N4不同时间(0.5小时、1小时、2小时)制备。
3:5小时、1小时、2小时)制备。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括管式炉、X射线衍射仪(PANalytical,Cu Kα辐射)、透射电镜(HT7700,日立)、紫外-可见分光光度计(Hitachi-UH4150)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 50,赛默飞世尔)、XPS系统(Thermo escalab 250 Xi)、配备氙灯的光反应器和气相色谱仪(Agilent 7890B)。材料包括双氰胺(99.0%,AR,国药集团化学试剂有限公司)、硒粉(99.0%,AR,阿拉?。?、三乙醇胺、H2PtCl6。
4:0)、傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 50,赛默飞世尔)、XPS系统(Thermo escalab 250 Xi)、配备氙灯的光反应器和气相色谱仪(Agilent 7890B)。材料包括双氰胺(0%,AR,国药集团化学试剂有限公司)、硒粉(0%,AR,阿拉丁)、三乙醇胺、H2PtCl6。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:原始g-C3N4在500°C下煅烧4小时。缺氮样品在350°C下于Ar/H2气流中加热g-C3N4和硒粉。光催化产氢测试在可见光照射下进行,使用20毫克催化剂溶于100毫升10%三乙醇胺溶液,并添加Pt助催化剂。
5:数据分析方法:
XRD用于晶相分析,TEM用于形貌观察,UV-vis DRS通过Kubelka-Munk函数计算带隙,XPS用于化学成分分析,EPR用于缺陷检测,光电流和EIS用于电荷分离效率分析,PL用于复合分析,DFT计算用于电子结构研究。
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X-ray diffractometer
PANalytical with Cu Kα radiation
PANalytical
Obtain X-ray powder diffraction patterns to analyze crystal phases of samples.
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Transmission electron microscope
HT7700
Hitachi
Conduct TEM analysis for morphological examination of samples.
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UV-vis diffuse reflectance spectrophotometer
Hita-chi-UH4150
Hitachi
Obtain UV-vis diffuse reflectance spectra to analyze light absorption properties.
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Fourier transform infrared spectrometer
Nicolet 50
ThermoFisher
Perform FT-IR analysis to study chemical structures of samples.
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X-ray photoelectron spectroscopy system
Thermo escalab 250 Xi
Thermo
Conduct XPS analysis to determine surface chemical compositions and electronic structures.
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Gas chromatograph
Agilent 7890B
Agilent
Analyze photocatalytic H2 evolution rates.
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Xe lamp
300 W
Serve as the light source for photocatalytic reactions with UV cutoff filter (λ > 420 nm).
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