編號：FTJS09020
篇名：硫化鈷改性石墨炔構建S型異質結高效光催化產氫
作者：靳治良 李紅英 李俊柯
關鍵詞： 石墨炔 Co9S8 S型異質結 光催化制氫
機構： 北方民族大學化學與化學工程學院
摘要： 石墨炔(GDY,g-CnH2n-2)作為一種新型的由sp和sp2雜化的碳原子構成的二維碳材料,因其獨特的納米級孔隙、二維層狀共軛骨架結構及半導體性質等特性,使之在能源、電化學、光催化、光學、電子學等諸多領域具有顯著優(yōu)勢.它作為一種具有良好的層狀結構的新型碳材料,其可調節(jié)的電子結構彌補了石墨烯無明顯帶隙的缺點,有望在光催化分解水領域展現出廣闊的應用前景.本文報道了以CuI粉末為催化劑制備石墨炔的新方法,并對其進行改性后制備了Co9S8-GDY-CuI新型復合材料;即通過有機合成法和水熱法將GDY-CuI片層材料與Co9S8納米顆粒復合,合理構建了S型異質結,展現出良好的光催化活性.石墨炔的層狀結構有利于Co9S8納米粒子的分散,能夠有效避免粒子聚集,從而暴露出更多的活性位點.石墨炔獨特的電子轉移特性使得它與染料分子之間的相互作用和鍵合都能表現出良好的電子轉移特性.因此,制備的Co9S8-GDY-CuI在染料敏化體系中的產氫活性達到了1411.82μmolg-1h-1,是純石墨炔的10.29倍.通過表征技術深入研究了該復合材料產氫活性提高的內在原因.拉曼光譜研究結果表明材料中存在炔基鍵,X射線光電子能譜中碳擬合峰以C-C(sp2)和C-C(sp)的形式存在,且兩者之間的峰面積之比約為1:2,該結果與理論值吻合.紅外光譜結果表明,純石墨炔和復合材料中存在C≡C.結合紫外可見漫反射和莫特-肖特基表征結果對材料的能帶結構進行了深入分析并且提出了該反應的可能機理.結果表明,Co9S8-GDY-CuI樣品之間形成了雙S型異質結,有效地加速了電子的分離和轉移.S型異質結的存在有利于提高材料內部的電荷分離效率,保留了更為有效的氧化還原電位,更有利于該材料光催化分解水反應的進行.此外,復合材料中Co9S8納米粒子的引入提高了Co9S8-GDY-CuI對可見光的吸收能力,增強了對于可見光的利用率.光致發(fā)光光譜和電化學測試結果進一步證明了復合材料中光生電子-空穴對的復合被有效抑制,是Co9S8-GDY-CuI材料產氫活性得以提高的內在原因之一.上述研究表明,Co9S8-GDY-CuI之間異質結的構建為材料光催化反應的進行提供了一條有效的電子轉移路徑.本文為石墨炔材料在光催化分解水制氫相關領域提供了一個可借鑒的新思路.
