碳摻雜TiO2改性g-C3N4的合理設(shè)計(jì)及其優(yōu)異制氫穩(wěn)定

　　由于其較強(qiáng)的可見光吸收能力和較窄的帶隙(2.7 eV)，g-C3N4擁有良好的分解水制氫催化活性。此外，不同于金屬催化劑，g-C3N4具有熱穩(wěn)定性高、無毒環(huán)保、制備成本低等優(yōu)越的性能，有望在能源和環(huán)境領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。但在g-C3N4光催化反應(yīng)過程中，光生電子-空穴對的快速復(fù)合阻礙了催化活性的進(jìn)一步提升。因此到目前為止，已有大量工作致力于解決該問題。例如，將g-C3N4與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，可有效提高光吸收以及阻止電子-空穴對復(fù)合，進(jìn)而提升其光催化活性。

　　【成果簡介】

　　近日，燕山大學(xué)劉日平教授、張新宇教授和泰國朱拉隆功大學(xué)秦家千研究員(共同通訊作者)等報(bào)道了一種具有較窄帶隙以及較長載流子壽命的微量碳摻雜TiO2改性g-C3N4(C-TiO2/g-C3N4) ，并在Nano Energy上發(fā)表了題為“Rational design of carbon-doped TiO2 modified g-C3N4 via in-situ heat treatment for drastically improved photocatalytic hydrogen with excellent photostability”的研究論文。上述異質(zhì)結(jié)光催化劑可通過簡單的熱處理法合成。光生載流子分離增強(qiáng)以及較窄的帶隙使得光催化活性有所提升，在三乙醇胺溶液中5 h和64h內(nèi)氫氣產(chǎn)生量分別為5.728 mmol/g和52.395 mmol/g。420 nm處C-TiO2/g-C3N4的表觀量子效率約為6.2%，是原始g-C3N4(2.6%)的2.4倍。由于其優(yōu)越的光催化性能和較強(qiáng)的光穩(wěn)定性，該光催化劑有望在光能轉(zhuǎn)換和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。

　　【小結(jié)】

　　通過熱處理均勻混合的TiC和尿素，研究人員制備了C-TiO2/g-C3N4異質(zhì)結(jié)光催化劑。相比原始的CN和TiC前體，C-TiO2/g-C3N4具有優(yōu)越的光催化活性，在15 h的光穩(wěn)定性循環(huán)試驗(yàn)表現(xiàn)良好。420 nm處C-TiO2/g-C3N4的表觀量子效率約為6.2%，是原始g-C3N4(2.6%)的2.4倍。C-TiO2/g-C3N4光催化活性的提升歸因于光生電子空穴對的復(fù)合幾率降低以及窄帶隙所致的光吸收能力增強(qiáng)。由于其優(yōu)越的光催化性能和較強(qiáng)的光穩(wěn)定性，該光催化劑有望在光能轉(zhuǎn)換和環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。

　　文獻(xiàn)鏈接：Yang C, Qin J, Xue Z, et al. Rational design of carbon-doped TiO2 modified gC3N4 via in-situ heat treatment for drastically improved photocatalytic hydrogen with excellent photostability[J]. Nano Energy, 2017.