Manufactura industrial
Internet industrial de las cosas | Materiales industriales | Mantenimiento y reparación de equipos | Programación industrial |
home  MfgRobots >> Manufactura industrial >  >> Industrial materials >> Nanomateriales

Modificación del cocatalizador de aleación de PtNi del híbrido g-C3N4 / GO sensibilizado con eosina Y para una evolución eficiente del hidrógeno fotocatalítico de luz visible

Resumen

Un cocatalizador de aleación a base de Pt económico y eficaz ha atraído una atención considerable debido a su excelente actividad catalítica y la reducción del uso de Pt. En este estudio, el cocatalizador de aleación de PtNi se decoró con éxito en el g-C 3 N 4 / GO fotocatalizador híbrido mediante un sencillo método de reducción química. La g-C 3 sensibilizada con eosina Y N 4 El fotocatalizador compuesto /PtNi/GO-0.5% produce una tasa de desprendimiento de hidrógeno aproximadamente 1,54 y 1178 veces mayor que la g-C 3 sensibilizada con eosina Y N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% muestras, respectivamente. Mecanismo de rendimiento mejorado para el g-C 3 N 4 El compuesto / PtNi / GO también se investigó mediante diferentes caracterizaciones, como fotoluminiscencia, respuesta de fotocorriente transitoria y TEM. Estos resultados indicaron que la eficiencia de separación de carga mejorada y los sitios más reactivos son responsables del rendimiento mejorado de desprendimiento de hidrógeno debido al efecto sinérgico positivo entre Pt y Ni. Este estudio sugiere que la aleación de PtNi se puede utilizar como un cocatalizador económico y eficaz para la reacción de desprendimiento de hidrógeno.

Una mejora significativa de H 2 fotocatalítico la evolución se realiza sobre el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Compuesto de PtNi / GO con aleación de PtNi como cocatalizador eficaz.

Antecedentes

La evolución sostenible y a gran escala de hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar se considera uno de los métodos prometedores para resolver la crisis energética y la contaminación ambiental [1, 2]. Para lograr este objetivo, se requieren un fotocatalizador de respuesta a la luz visible y un cocatalizador eficaz [3, 4, 5]. Por lo general, la carga de Pt de metal noble como cocatalizador eficaz es muy necesaria para lograr una alta tasa de desprendimiento de hidrógeno [6,7,8]. Sin embargo, el Pt es raro y caro, lo que dificulta su aplicación práctica. Se desea reducir la cantidad de uso de Pt mientras se mantiene simultáneamente su excelente actividad catalítica para el desprendimiento de hidrógeno. Reemplazar parte de Pt con metal de transición (Ni, Co, Cu, Fe, etc.) para formar un cocatalizador de aleación bimetálica es una forma potencial prometedora para lograr una excelente actividad catalítica y reducir el uso de Pt [9,10,11]. En algunos casos, el rendimiento catalítico del cocatalizador de aleación bimetálica a base de Pt es comparable al del Pt puro debido al efecto sinérgico positivo entre los dos metales. Por lo tanto, recientemente se ha prestado más atención a un fotocatalizador de respuesta a la luz visible cargado con un cocatalizador de aleación bimetálica.

Yu y col. informó que el Cu 2 modificado con cocatalizador de aleación de PtCo o PtNi ZnSnS 4 mostró mayor H 2 eficiencia de producción que el Pt puro cargando Cu 2 ZnSnS 4 [12]. Pt 3 Los CdS decorados con cocatalizador co bimetálico fueron preparados por Hu et al. y exhibió un rendimiento mejorado de desprendimiento de hidrógeno [13]. PtCo y / o PtFe cargando Zn 1 - x Cd x S también se evaluaron en estudios anteriores [14, 15]. Sin embargo, el rendimiento fotocatalítico de luz visible baja de Cu 2 ZnSnS 4 o la alta toxicidad del Cd dificulta su aplicación práctica a gran escala. Nitruro de carbono (g-C 3 N 4 ) ha llamado la atención por su bajo coste [16]. Han y col. informó que un H 2 tasa de evolución de 960 μmol g −1 h −1 se obtuvo sobre el PtCo / g-C 3 N 4 fotocatalizador en λ Irradiación> 400 nm [17]. PtNi x / g-C 3 N 4 El fotocatalizador hybird también fue estudiado por Bi et al., y un H 2 tasa de evolución de 8456 μmol g −1 h −1 se logró bajo irradiación espectral completa [18]. Sin embargo, el rendimiento fotocatalítico de luz visible para el g-C 3 modificado con cocatalizador de aleación bimetálica N 4 El fotocatalizador sigue siendo un poco bajo debido a la amplia banda prohibida de 2,7 eV y la mala capacidad de transferencia de electrones. G-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 puede captar una amplia gama de luz visible [19, 20]. El óxido de grafeno (GO) posee una gran propiedad de transporte de electrones y se ha utilizado ampliamente como aceptor de electrones [21,22,23,24,25]. Combinando g-C 3 N 4 y GO puede promover la capacidad de transferencia de electrones en g-C 3 N 4 y así mejorar la separación del par electrón-hueco para mejorar el rendimiento fotocatalítico para el desprendimiento de hidrógeno [26,27,28,29,30,31]. Últimamente, informamos sobre una g-C 3 eficaz sensibilizada con eosina Y N 4 / Fotocatalizador compuesto de Pt / GO para desprendimiento de hidrógeno [23]. El costoso cocatalizador de Pt juega un papel importante en el rendimiento de producción de hidrógeno relativamente alto. Con el fin de disminuir el costoso uso de Pt y mejorar aún más su rendimiento fotocatalítico visible, aprovechando el g-C 3 sensibilizado con eosina Y de bajo costo N 4 / GO fotocatalizador compuesto cargado con cocatalizador de aleación a base de Pt es útil.

Aquí, el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 Se preparó un fotocatalizador compuesto de / PtNi / GO para el desprendimiento de hidrógeno a partir del agua. La tasa de desprendimiento de hidrógeno más alta de 5,89 mmol g −1 h −1 se obtiene sobre la g-C 3 sensibilizada con eosina Y N 4 / Fotocatalizador PtNi / GO, que es mucho más alto que el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Pt / GO y g-C 3 N 4 / Muestras compuestas Ni / GO. Hasta donde sabemos, no existe ningún informe previo de que el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 El compuesto / PtNi / GO se emplea para la producción de hidrógeno a partir de agua. Se seleccionó en detalle la relación molar óptima de Pt / Ni y la cantidad de cocatalizador de PtNi. Además, mecanismo de rendimiento fotocatalístico mejorado para el g-C 3 N 4 El compuesto / PtNi / GO también se investigó mediante diferentes métodos de caracterización.

Sección experimental

Síntesis del g-C 3 N 4

g-C 3 N 4 los polvos se sintetizaron como se describe en un estudio anterior [32]. En un procedimiento típico, se colocó urea (8 g) en un crisol de alúmina con una tapa. El crisol se calentó a 600 ° C a una velocidad de calentamiento de 5 ° C / min y se mantuvo durante 2 h en un horno tubular. Después del tratamiento térmico, el g-C 3 amarillo claro N 4 se recogieron polvos para su uso posterior.

Preparación de GO

GO se preparó utilizando el método modificado de Hummers [33]. Grafito natural (10 g) y NaNO 3 (5 g) se pusieron en un vaso de precipitados. Luego, se agregaron 230 mL de ácido sulfúrico concentrado, y el proceso debe ser lo más lento posible. Se procedió a la reacción anterior con agitación en un baño de agua helada. A continuación, 10 g de KMnO 4 se añadió a la solución de mezcla y se hizo reaccionar durante 3 h. La temperatura de la solución se elevó a 35 ° C y se mantuvo durante 4 h. Luego, se vertieron 460 ml de agua destilada en la solución anterior y se calentó hasta aproximadamente 98ºC durante 3 h. Después de la reacción, una cierta cantidad de H 2 O 2 (30%) y ácido clorhídrico concentrado se agregaron con agitación con el fin de eliminar el exceso de KMnO 4 y SO 4 2− . Finalmente, la muestra de GO se obtuvo mediante liofilización durante 24 h.

Síntesis de g-C 3 N 4 / Ni / GO, g-C 3 N 4 / Pt / GO y g-C 3 N 4 / Pt x Ni y / Fotocatalizadores compuestos GO

Síntesis de g-C 3 N 4 / PtNi / GO- X ( X representa la relación en peso de cocatalizador de PtNi a g-C 3 N 4 / GO compuesto y la relación molar de Pt a Ni es 1:1):En un típico, 133 mg de g-C 3 N 4 se dispersaron en 50 ml de etanol anhidro. Exceso de NaBH 4 Se añadió reductor a la solución de mezcla con agitación. Luego, un cierto volumen de NiCl 2 · 6H 2 Solución de O (0,1 mol / L) y H 2 PtCl 6 Se añadieron gota a gota solución (1,0 mmol / L) a la solución anterior. Para investigar el procedimiento agregado de NiCl 2 · 6H 2 O y H 2 PtCl 6 soluciones, se eligieron tres métodos que incluyen la carga simultánea de Pt y Ni, la carga de Pt y luego Ni o al revés. Luego, la solución de suspensión se agitó durante 5 h para lograr una dispersión uniforme del cocatalizador de PtNi en el g-C 3 N 4 . Después de eso, el g-C 3 N 4 / Se recolectaron muestras de PtNi-X mediante centrifugación para eliminar el exceso de NaBH 4 varias veces. Posteriormente, 67 mg GO y el g-C 3 N 4 / La muestra de PtNi-X se dispersó en 100 ml de agua destilada simultáneamente. La solución de suspensión se sometió a ultrasonidos a 500 W durante 10 h. Después de eso, una serie de g-C 3 N 4 / PtNi / GO- X Los fotocatalizadores compuestos se obtuvieron por centrifugación y luego se secaron a 60 ° C en un horno de vacío durante una noche. También se prepararon otros cocatalizadores bimetálicos de aleación de PtNi con diferente relación molar Pt / Ni (9:1, 3:1, 1:3, 1:9) de la misma manera que el método mencionado anteriormente, que se denominó como Pt 9 Ni 1 , Pt 3 Ni 1 , Pt 1 Ni 3 y Pt 1 Ni 9 , respectivamente, especialmente, la relación 1:1 M del nombre Pt / Ni como PtNi.

Síntesis de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% muestras (0.5% representa la relación en peso de Ni o Pt a g-C 3 N 4 / GO compuesto):el g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% y g-C 3 N 4 Las muestras de /Pt/GO-0.5% se prepararon con el mismo procedimiento de preparación de g-C 3 N 4 / Muestras de PtNi / GO-X excepto para agregar un volumen diferente de NiCl 2 · 6H 2 O solución o H2 2 PtCl 6 solución. La relación en peso 2:1 de g-C 3 N 4 to GO se elige en todos los g-C 3 N 4 / Ni / GO, g-C 3 N 4 / Pt / GO y g-C 3 N 4 / Pt x Ni y / GO muestras compuestas de acuerdo con nuestro estudio anterior [32].

Métodos de caracterización

Los patrones de XRD se obtuvieron utilizando un difractómetro de difracción de rayos X (Bruker D8-Advance, Alemania) con radiación Cu-Kα. Las imágenes TEM de las muestras se registraron mediante microscopía electrónica de transmisión (JEM-2100, Japón). Los estados químicos de la superficie de los fotocatalizadores se midieron mediante espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS, AXISULTRA) con rayos X monocromáticos de Al Ka ​​(1486,6 eV). Los espectros de fotoluminiscencia (PL) se midieron en un espectrómetro JY HORIBA FluoroLog-3 y se eligió la longitud de onda excitada de 460 nm. Las curvas de respuesta de fotocorriente se llevaron a cabo en una estación de trabajo electroquímica (CHI660E, Chenhua, China) utilizando una celda estándar convencional de tres electrodos bajo irradiación de luz visible (λ> 420 nm). 0,1 mol / L de Na 2 SO 4 La solución se utilizó como electrolito.

Medición de la actividad fotocatalítica

Los experimentos fotocatalíticos se llevaron a cabo en una celda Pyrex con una ventana plana superior a 6 ° C. Por lo general, se agregaron 50 mg de fotocatalizador en polvo y 50 mg de tinte de eosina Y en 100 ml de H 2 O que contiene 20% en volumen ( v / v) trietanolamina (TEOA, pH =7). Se utilizó como fuente de luz una lámpara de xenón de 300 W (D59, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) acoplada con un filtro de corte de UV (> 420 nm). Las cantidades de hidrógeno se midieron mediante cromatografía de gases (GC-7920, TCD, portador de Ar).

Resultados y discusión

Los patrones XRD de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 Las muestras de /PtNi/GO-0.5% se muestran en la Fig. 1. Se observan dos picos de difracción obvios para las tres muestras. Se asigna un pequeño pico centrado en 2θ =13,8 ° al (100) pico de g-C 3 N 4 , que surge del motivo de empaquetadura estructural en el plano [34]. El pico de difracción fuerte a 27,4 ° se indexa como el pico (002) de g-C 3 N 4 , que corresponde al apilamiento entre capas del sistema aromático conjugado [35]. Para las tres muestras evaluadas, no se detectó señal de difracción de cocatalizador de GO, Pt y / o Ni. Una exfoliación suficiente de GO en el compuesto puede dar como resultado que no haya información de GO [28]. Mientras que la cantidad de Pt y / o Ni es demasiado pequeña para ser detectada por el método XRD. Como se muestra en la Fig. 2, las tres muestras diferentes exhiben una estructura laminar más delgada similar después del tratamiento ultrasónico. Un contacto íntimo formado entre la estructura de capas 2D de g-C 3 N 4 y la estructura de nanohojas de GO. En la Fig. 2a, b, un poco más de nanopartículas de Ni o Pt están dispersas en la capa intermedia o en la superficie de g-C 3 N 4 . En comparación con el Ni y el Pt puros, el tamaño de las partículas del cocatalizador de aleación de PtNi se reduce y se mejora la dispersión del cocatalizador de aleación de PtNi (véase la figura 2c). El pequeño tamaño del cocatalizador de aleación de PtNi proporcionará más sitios reactivos para el desprendimiento de hidrógeno, y la alta dispersión del cocatalizador de aleación de PtNi se beneficia de la transferencia de electrones de g-C 3 N 4 y / o VAYA al cocatalizador PtNi. La dispersión mejorada del cocatalizador de aleación de PtNi también se observó en un estudio anterior [36]. La razón de precisión necesita más investigación.

Los patrones XRD de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras

Imágenes TEM de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% ( a ), g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% ( b ) y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% ( c )

Para investigar el elemento químico de la superficie y los estados de valencia de g-C 3 N 4 / Ni / GO, g-C 3 N 4 / Pt / GO y g-C 3 N 4 / PtNi / GO, se midieron los espectros XPS de alta resolución de las tres muestras diferentes y los resultados se muestran en la Fig. 3. En la Fig. 3a, el espectro XPS de C 1 s se puede ajustar en dos picos fuertes con la unión energías de aproximadamente 284,8 eV y 288,2 eV, que se asignan a CC y N =CN, respectivamente [37]. Los dos picos son la característica de las especies de carbono en g-C 3 N 4 . También se obtienen dos pequeños picos a 286,7 eV y 287,7 eV, que pertenecen a los grupos funcionales C-O y C =O en la superficie de GO, respectivamente [38]. En la Fig. 3 (b), los picos característicos de C-N-C, N- (C) 3 y grupos C-N-H en g-C 3 N 4 se detectaron, que se encuentran en las energías de enlace de 398,7, 400,3 y 401,4 eV, respectivamente [39]. En la Fig. 3 (c), las energías de bandas de O 1 s se encuentran en 532,4 y 533,8 eV, que se asignan a grupos funcionales que contienen oxígeno en la muestra compuesta y adsorción superficial de especies de oxígeno, respectivamente [40]. La figura 3 (d) muestra los espectros XPS del doblete Pt 4f (4f 7/2 y 4f 5/2 ). El Pt 4f 7/2 y 4f 5/2 los picos se encuentran en 70,97 y 74,28 eV para el g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% muestra, respectivamente, que representan la señal de Pt 0 [41, 42]. Para el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra, las energías de enlace orbital de Pt 4f se desplazan alrededor de 0,42 eV a alta energía de enlace en comparación con el Pt puro. El cambio de pico obvio sugiere que el electrón de Pt tiene una ligera pérdida, lo que indica que el cocatalizador de aleación de PtNi se forma en el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra. Como se muestra en la Fig. 3e, las energías de enlace en 852.54 y 870.18 eV se pueden asignar a Ni 2p 3/2 y Ni 2p 1/2 para el g-C 3 N 4 / Ni / GO-2% de muestra, respectivamente, que son la señal de caracterización de Ni 0 [43]. Comparado con g-C 3 N 4 / Ni / GO-2%, las energías de enlace de Ni 2p cambiaron a energía de enlace baja para el g-C 3 N 4 / PtNi / GO-2% de muestra. El resultado sugiere que se produce un cambio en el entorno circundante de los átomos de Ni, lo que confirma además que el cocatalizador de aleación de PtNi se sintetiza con éxito [41]. La relación molar exacta de Pt a Ni en el g-C 3 N 4 La muestra /PtNi/GO-0.5% es de 9:11 a través de la medición XPS. Según el análisis anterior, se puede concluir que el g-C 3 N 4 / El compuesto PtNi / GO con aleación de PtNi como cocatalizador se obtuvo combinando una fácil vía sonoquímica en fase líquida con un método de reducción química.

Espectros XPS de ( a ) C 1 s, ( b ) N 1 sy ( c ) O 1 s para el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra. d Espectros XPS de Pt 4f para el g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras. e Espectros XPS de Ni 2p para g-C 3 N 4 / Ni / GO-2% y g-C 3 N 4 / PtNi / GO-2% muestras

La Figura 4 muestra el H 2 tasa de evolución de la serie de g-C 3 N 4 Muestras /PtNi/GO-0.5% cargadas con diferentes tipos de cocatalizador. Carga simultánea de nombres de Pt y Ni como g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5%; Carga de nombres Pt y luego Ni como g-C 3 N 4 /Pt-Ni/GO-0.5%; Carga de Ni y luego nombres de Pt como g-C 3 N 4 /Ni-Pt/GO-0.5%. Para g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 /Ni/GO-0.5% muestra con Ni puro como cocatalizador, el H 2 la tasa de evolución es muy baja y solo llega a 0,005 mmol g −1 h −1 . Después de reemplazar Ni con Pt como cocatalizador, un aumento significativo de H 2 Se observa una tasa de evolución, que aumenta bruscamente a 3,82 mmol g −1 h −1 para el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 /Pt/GO-0.5% muestra. El resultado sugiere que la carga de cocatalizador de Pt eficiente es necesaria para lograr un rendimiento excelente para H 2 Generacion. Cuando se emplea una aleación de PtNi como cocatalizador, el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 El compuesto /PtNi/GO-0.5% muestra el H 2 más alto tasa de evolución de 5,89 mmol g −1 h −1 , que es aproximadamente 1,54 y 1178 veces mayor que el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% muestras, respectivamente. El rendimiento mejorado se puede atribuir al efecto sinérgico positivo entre Pt y Ni. En comparación con el cocatalizador de Pt puro, el cocatalizador de aleación de PtNi acelera la acumulación de electrones generados por fotones, lo que proporcionará más electrones para el desprendimiento de hidrógeno [18]. Además, el tamaño pequeño y la alta dispersión del cocatalizador de aleación de PtNi pueden proporcionar más H 2 sitios de evolución y mejorar la transferencia de electrones, respectivamente. Cuando se carga Pt y luego Ni o al revés, una reducción obvia de H 2 Se observa actividad de evolución. De hecho, cargar Pt y luego Ni o al revés no forma un cocatalizador de aleación de PtNi [44]. El resultado indica que lograr un H 2 alto La tasa de generación depende en gran medida del empleo de un cocatalizador de aleación de PtNi eficiente.

H 2 tasa de evolución de la serie de g-C 3 N 4 Muestras /PtNi/GO-0.5% cargadas con diferentes tipos de cocatalizador. Fuente de luz:lámpara de xenón de 300 W ( λ > 420 nm). Solución de reacción:100 mL 20% ( v / v) Solución acuosa de TEOA (pH =7)

La composición del cocatalizador de aleación de PtNi tiene un efecto importante sobre la actividad catalítica de H 2 evolución. Por lo tanto, el H 2 tasa de producción de g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Pt x Ni y Se investigaron muestras de 0-0,5% cargadas con diferente relación molar de Pt / Ni y los resultados se muestran en la Fig. 5a. El H 2 La tasa de producción aumenta gradualmente con el aumento de la relación molar Ni / Pt. Cuando la relación molar de Ni / Pt es 1:1, la tasa de producción de hidrógeno más alta de 5,89 mmol g −1 h −1 es obtenido. Aumentar aún más la cantidad de Ni conduce a una caída en el H 2 actividad de evolución. La degradación de H 2 el rendimiento de la generación puede provenir de la reducción del número de sitios activos Pt para H 2 evolución. Los sitios activos de Pt tienen una adsorción de iones de hidrógeno más fuerte que el Ni [12]. Por lo tanto, H 2 la evolución tiene lugar preferentemente en Pt en lugar de Ni. La Figura 5b muestra el H 2 tasa de producción de g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Muestras de PtNi / GO cargadas con diferentes cantidades de cocatalizador de aleación de PtNi. Cuando el contenido en peso del cocatalizador de aleación de PtNi es del 0,5%, una tasa de desprendimiento de hidrógeno de 2,45 mmol g −1 h −1 se obtiene para el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.25% muestra. La tasa de desprendimiento de hidrógeno aumenta de 2,45 mmol g −1 h −1 al valor más alto de 5,89 mmol g −1 h −1 después de la cantidad de cocatalizador de aleación de PtNi hasta un 0,5%. Al aumentar aún más la cantidad de cocatalizador de aleación de PtNi, el comportamiento de desprendimiento de hidrógeno muestra una ligera disminución. El exceso de cocatalizador de aleación de PtNi puede dificultar la absorción de luz de Eosina Y y g-C 3 N 4 y así degradar el rendimiento fotocatalítico. La estabilidad de la generación de hidrógeno para el g-C 3 N 4 También se midió la muestra /PtNi/GO-0.5% y el resultado se muestra en la Fig. 6. Después de la prueba de 4 ciclos, la tasa de generación de hidrógeno para el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra muestra una ligera disminución, lo que indica que el g-C 3 N 4 La muestra compuesta de /PtNi/GO-0,5% tiene una estabilidad relativa para el desprendimiento de hidrógeno. Un fuerte enlace covalente entre el carbono y el nitruro en C 3 N 4 y la débil degradación de la eosina Y son las dos razones principales de la estabilidad del desprendimiento de hidrógeno de g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra [19, 45].

un H 2 tasa de producción de g-C 3 N 4 / Pt x Ni y / GO-0.5% de muestras cargadas con diferente relación molar Pt / Ni. b H 2 tasa de producción de g-C 3 N 4 / Muestras de PtNi / GO cargadas con diferentes cantidades de cocatalizador de aleación de PtNi. Fuente de luz:lámpara de xenón de 300 W ( λ > 420 nm). Solución de reacción:100 mL 20% ( v / v ) Solución acuosa de TEOA (pH =7)

H 2 cíclico producción para el g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestra. Fuente de luz:lámpara de xenón de 300 W (λ> 420 nm), solución de reacción:100 ml de solución acuosa de TEOA al 20% (v / v) (pH =7), fotocatalizador, 50 mg, la relación en peso de eosina Y a fotocatalizador es 1 :1

Para investigar el mecanismo para mejorar el rendimiento fotocatalístico de g-C 3 N 4 / Muestra de PtNi / GO con aleación de PtNi como cocatalizador, se evaluaron dos posibles razones de absorción de luz y eficiencia de separación de carga. La Figura 7 muestra los espectros de reflectancia difusa UV-Vis de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras. Las tres muestras diferentes exhiben una absorción obvia después de aproximadamente 450 nm, que proviene del cocatalizador metálico [18]. El g-C 3 N 4 La muestra de /Ni/GO-0,5% con Ni puro como cocatalizador muestra la absorción más fuerte después de aproximadamente 450 nm. Sin embargo, el H 2 tasa de evolución del g-C 3 N 4 La muestra /Ni/GO-0.5% es la más baja. El resultado sugiere que el H 2 mejorado El rendimiento de la evolución no proviene de la absorción de luz mejorada.

Espectros de reflectancia difusa UV-Vis de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras

La eficiencia de separación de cargas se puede caracterizar por los espectros de extinción de fotoluminiscencia (PL) [46, 47]. En general, una fuerte intensidad de los espectros PL indica una seria recombinación de portadores de carga. La Figura 8a muestra los espectros de extinción de fotoluminiscencia (PL) de Eosina Y por el g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras. Solo la solución de eosina Y sin fotocatalizador exhibe un pico de emisión extenso a aproximadamente 540 nm debido a la estructura del xanteno conjugado de la eosina Y y la fuerte capacidad de recombinación de los pares de electrones-huecos fotogenerados en la eosina Y excitada. la solución de eosina Y. La extinción de la fluorescencia sugiere que los electrones se transfieren a los fotocatalizadores de la eosina Y excitada y luego migran al cocatalizador para la reducción de protones. Además, hay un pequeño desplazamiento hacia el azul (aproximadamente 1,3 nm) de los espectros de extinción de PL para los tres fotocatalizadores compuestos evaluados diferentes, que se puede atribuir a la interacción de apilamiento π-π no covalente entre Eosina Y, gC 3 N 4 y GO [48]. Los espectros de extinción PL de g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% muestra muestra una intensidad moderada, que es menor que el g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% muestra. Es importante destacar que el g-C 3 N 4 La muestra de /PtNi/GO-0.5% exhibe la intensidad de fluorescencia más baja, lo que implica que el cocatalizador de aleación de PtNi es el cocatalizador más eficiente para mejorar la eficiencia de separación de carga que el Pt o Ni puro. El resultado es consistente con la actividad de evolución de H2 (ver Fig. 4). Para verificar aún más el proceso de transferencia de carga, las respuestas de fotocorriente transitoria de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 Se midieron muestras de /PtNi/GO-0,5% y los resultados se muestran en la Fig. 8b. El g-C 3 N 4 La muestra de /PtNi/GO-0.5% exhibe la respuesta de fotocorriente más alta bajo irradiación de luz visible (λ> 420 nm), lo que confirma aún más que el empleo de cocatalizador de aleación de PtNi es esencial para mejorar la eficiencia de separación de cargas. Según los resultados anteriores, la actividad mejorada de evolución de H2 para el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 El compuesto /PtNi/GO-0.5% se atribuye a la eficiencia de separación de carga mejorada.

un Los espectros de extinción de fotoluminiscencia (PL) por g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% de muestras en solución acuosa de TEOA al 20% (v / v) (pH =7). Solución de eosina Y:0,01 mM ( b ) Respuestas transitorias de fotocorriente de g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5%, g-C 3 N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /PtNi/GO-0.5% muestras

De acuerdo con los resultados anteriores y el análisis del mecanismo, proponemos un diagrama esquemático para comprender el H 2 proceso de evolución para el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Muestra compuesta PtNi / GO (Fig. 9). Bajo irradiación de luz visible, los electrones fotogenerados en el LUMO de la eosina Y excitada se transfieren a g-C 3 N 4 y / o GO y luego al cocatalizador de aleación de PtNi para la reducción de protones. Mientras tanto, los electrones fotoexcitados en el CB de g-C 3 N 4 también fluyen al cocatalizador de aleación de PtNi para H 2 reacción de evolución. Al mismo tiempo, los orificios fotogenerados o los tintes de eosina Y oxidados oxidan directamente el agente de sacrificio de TEOA.

Un diagrama esquemático de H 2 proceso de evolución para el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 / Muestra compuesta de PtNi / GO bajo irradiación de luz visible

Conclusión

Ternario g-C 3 N 4 El compuesto / PtNi / GO se sintetizó combinando una fácil forma sonoquímica en fase líquida con un método de reducción química. La g-C 3 sensibilizada con eosina Y N 4 El compuesto /PtNi/GO-0.5% muestra la tasa de desprendimiento de hidrógeno más alta de 5.89 mmol g −1 h −1 , que es aproximadamente 1,54 y 1178 veces mayor que el g-C 3 sensibilizado con eosina Y N 4 /Pt/GO-0.5% y g-C 3 N 4 /Ni/GO-0.5% muestras, respectivamente. La actividad fotocatalítica mejorada puede atribuirse al efecto sinérgico positivo entre Pt y Ni, así como a sitios más reactivos, lo que conduce a una separación de pares de electrones y huecos fotoexcitados eficazmente. Este estudio demuestra que la aleación de PtNi se puede emplear como un cocatalizador económico y eficiente para el desprendimiento de hidrógeno fotocatalítico.


Nanomateriales

  1. MoS2 con espesor controlado para evolución electrocatalítica de hidrógeno
  2. S, N Co-Doped Graphene Quantum Dot / TiO2 Composites para la generación eficiente de hidrógeno fotocatalítico
  3. Nanodots de carbono como nanosensores de modo dual para la detección selectiva de peróxido de hidrógeno
  4. Detección de peróxido de hidrógeno basada en la modificación de superficies internas de nanoporo de estado sólido
  5. Cristalización dependiente de la temperatura de nanoflakes de MoS2 en nanohojas de grafeno para electrocatálisis
  6. Síntesis hidrotermal de nanopartículas de In2O3, gemelos híbridos, discos hexagonales, heteroestructuras de ZnO para mejorar las actividades fotocatalíticas y la estabilidad
  7. Exploración de Zr-Metal-Organic Framework como fotocatalizador eficiente para la producción de hidrógeno
  8. Heteroestructura jerárquica de esferas huecas de ZnO @ TiO2 para una evolución fotocatalítica de hidrógeno altamente eficiente
  9. Rendimiento fotocatalítico de luz visible de nanocompuestos de ZnO / g-C3N4 dopado con N
  10. Perovskita híbrida de vaporización secuencial para células solares de heterounión plana
  11. Evolución mejorada del hidrógeno fotocatalítico mediante la carga de Cd0.5Zn0.5S QD en nanohojas porosas de Ni2P