編號：NMJS07781
篇名：碳納米管@碳化硅同軸異質(zhì)結(jié)納米管非金屬光催化劑產(chǎn)氫性能
作者：周訓(xùn)富 高瓊芝 楊思源 方岳平
關(guān)鍵詞： 碳化硅 同軸核-殼納米管 納米異質(zhì)結(jié) 電荷分離 析氫
機(jī)構(gòu)： 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院
摘要： 近年來,光催化裂解水產(chǎn)氫(H2)引起了廣泛的關(guān)注.儲量豐富,環(huán)境友好的非金屬無機(jī)半導(dǎo)體β-SiC(立方相碳化硅)具有適當(dāng)?shù)膸?Eg=2.4 eV,ECB=?0.9 V),是一種潛在的光催化劑.受限于SiC光催化劑內(nèi)部光生電子-空穴對的快速復(fù)合,SiC光催化劑的效率較低.已有的關(guān)于SiC光催化劑改性的報(bào)道主要包括構(gòu)建納米SiC,構(gòu)建SiC異質(zhì)結(jié),構(gòu)建碳/SiC材料雜化材料.進(jìn)一步的研究表明,SiC與碳材料之間通過緊密的界面接觸形成了肖特基結(jié),能將SiC表面的光生電子快速轉(zhuǎn)移,抑制光生電子-空穴對的快速復(fù)合,從而提高光催化分解水產(chǎn)氫的活性.另一方面,碳納米管(CNTs)具有良好的電子導(dǎo)電性,一維有序的管腔所形成的電子快速傳導(dǎo)路徑.因此,將半導(dǎo)體光催化劑與CNTs復(fù)合,是一種制備先進(jìn)的光催化劑的有效策略.本文利用Si蒸氣與CNTs之間的氣-固反應(yīng),在CNTs表面原位生長SiC納米包覆層,成功地制備了一維同軸核-殼CNTs@SiC納米管.高分辨率透射電子顯微鏡圖像表明,SiC與CNTs之間是通過Si-C共價鍵原子接觸,并得到X射線光電子能譜的證實(shí).將一部分CNTs@SiC納米管在空氣中750 oC煅燒2 h以除去CNTs,得到純SiC納米顆粒作為對比組.紫外-可見吸收光譜表明,CNTs能夠促進(jìn)SiC對光的吸收.熒光發(fā)射光譜(PL),瞬態(tài)熒光壽命測試,瞬態(tài)光電流測試以及交流阻抗(EIS)測試表明,CNTs能夠促進(jìn)SiC表面光生電子的傳輸與分離,有利于提升光催化效率.以0.1 mol/L Na2S溶液作為犧牲劑,在模擬太陽光(A.M 1.5)照射下,CNTs@SiC納米管(不額外負(fù)載Pt等貴金屬作為助劑)的產(chǎn)氫速率為118.5μmol g^-1 h^-1,是純SiC納米顆粒(21.1μmol g^-1 h^-1)的5.62倍.經(jīng)過20 h的光照測試,CNTs@SiC納米管的光催化性能無明顯衰減;X射線衍射測試與掃描電子顯微鏡圖像表明,CNTs@SiC納米管的結(jié)構(gòu)與形貌反應(yīng)前后幾乎無變化.莫特-肖特基測試表明,CNTs的費(fèi)米能級比SiC低,因此SiC表面的光生�
