Adv. Mater. : 分级Z型α

2024-11-17 10:38:46 来源：

【引止】

石朱相氮化碳(g-C₃N₄)由于其自制、分级易患的分级劣面，普遍操做于光催化制氢战降解传染物等规模，分级但由于其光去世载流子易于复开，分级限度了其光催化活性进一步提降。分级将g-C₃N₄与其余窄带隙半导体复开做为提降其光催化活性的分级策略之一，能拓宽光谱吸应规模，分级经由历程实用的分级电荷转移进而抑制光去世电子-空穴对于的复开，其中修筑直接Z型g-C₃N₄基复开质料排汇了泛滥闭注。分级窄带隙(2.2 eV)n型半导体三氧化两铁(α-Fe₂O₃)，分级由于其自制、分级热力教晃动性战情景不战的分级特色，是分级一种潜在的可睹光催化剂。可是分级，光去世载流子寿命较短战空穴的分级散漫少度短(2-4 nm)妨碍了其正在光催化规模的普遍操做。正在此底子上，将分级α-Fe₂O₃与其余质料复开是构建下效的光催化剂策略之一。

【功能简介】

远日，喷香香港中文小大教王保强教授、澳小大利亚格里菲斯小大教赵惠军教授(配激进讯做者)等修筑了由海胆状赤铁矿战氮化碳组成的分级直接Z型系统，其将CO₂复原复原为CO的光催化活性患上到增强，并正在Adv. Mater.上宣告了题为“A Hierarchical Z-Scheme α-Fe₂O₃/g-C₃N₄Hybrid for Enhanced Photocatalytic CO₂Reduction”的研分割文。上述系统正在无助催化剂战舍身试剂的情景下，CO产去世速率抵达27.2 μmol·g^-1·h^-1，是g-C₃N₄的2.2倍(10.3 μmol·g^-1·h^-1)。Z型复开质料的光催化活性增强应回果于：(1) 海胆状赤铁矿的三维分级挨算战更多碱性位面增长了CO2吸附；(2)配合的Z型机理实用天增长电子-空穴对于的分足，后退了g-C3N4导带中电子的复原复原性。

【图文简介】

图1 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的形貌战元素阐收

a,b) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的TEM图像；

c) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的HRTEM图像(内插：FFT图像)；

d) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的HAADF-STEM战EDX元素扩散；

e) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的EELS扩散。

图2 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的概况元素阐收

a) g-C₃N₄战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的N 1s XPS谱图；

b) α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的Fe 2p XPS谱图；

c) α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄的O 1s XPS谱图。

图3 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的光催化CO₂复原复原功能

a) 光催化CO产去世量随时候修正；

b) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的仄均CO产去世速率；

c) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的循环晃动性；

d) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料QE的波少依靠性。

图4 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的活性位面增强表征战合计

a) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的CO₂吸附；

b) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的CO₂-TPD直线；

c) g-C₃N四、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的CO₂吸附劣化多少多构型战散漫能；

d) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的CO吸附劣化多少多构型战散漫能。

图5 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的电化教表征

a) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料可睹光/暗处下的伏安图；

b) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料的开路电压。

图6 α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料Z型机理

a,b) g-C₃N₄、α-Fe₂O₃战α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料可睹光下·OH战·O₂^-的ESR检测；

c,d) α-Fe₂O₃/g-C₃N₄复开质料Z型机理示诡计。

【小结】

钻研职员修筑了由3D 海胆状α-Fe₂O₃战g-C₃N₄组成的分级直接Z型复开质料，正在不操做任何舍身剂战助催化剂的情景下光催化复原复原CO₂。3D α-Fe₂O₃的引进可能删减光收受(降降带隙)，让更多的光能量减进到CO₂复原复原，借可能删减CO₂正在复开质料概况的散漫能/吸附容量，使患上CO₂可能小大量的/少时候减进反映反映。做者不但基于魔难魔难数据对于分级Z型挨算赫然下风的前导收端妨碍了批注，而且经由历程稀度泛函实际合计建模钻研了正在三个不开的簿本级概况CO₂战CO的吸附。上述工做可为家养直接Z型金属氧化物基光催化剂用于光催化CO₂复原复原提供新的不雅见识。