1.文章信息

標題：   Construction of S-scheme Co3O4/g-C3N4 heterojunctions with boosted photocatalytic H2 production performance          

中文標(biao)題：     構筑(zhu)S型Co3O4/g-C3N4異質(zhi)結(jie)以(yi)增強光催化產氫性能    

頁碼：  102838  

DOI：   10.1016/j.surfin.2023.102838      

2. 期刊信息

期刊名(ming)：     Surfaces and Interfaces      

ISSN：    2468-0230      

2022年影響因子(zi)：     6.14    

分(fen)區(qu)信息(xi)：     JCR分(fen)區(qu)（Q1）,中科院2區(qu)      ;  

涉及研究方向：  材料科學  

3. 作(zuo)者(zhe)信息：第一作(zuo)者(zhe)是  四(si)川(chuan)輕化工大學(xue)，許正東(dong) 。通(tong)訊作(zuo)者(zhe)為 四(si)川(chuan)輕化工大學(xue)鐘(zhong)俊波教(jiao)(jiao)授和李敏(min)嬌教(jiao)(jiao)授。

4.光反(fan)應儀(yi)型號：CEL-PEAM-D6;氣(qi)相色譜型(xing)號：GC7920

文章簡介：

人們(men)普(pu)遍認為采用環境兼容和(he)可再生能源(yuan)(yuan)轉換的(de)(de)方(fang)(fang)案是(shi)(shi)長期可持續發展的(de)(de)很好選擇(ze)。在緩解(jie)能源(yuan)(yuan)危(wei)機的(de)(de)眾(zhong)多能源(yuan)(yuan)中，氫(qing)能因其(qi)存儲、運(yun)輸方(fang)(fang)便、能量密度(du)高等諸多優勢而被人們(men)普(pu)遍接受。目前，大多數制(zhi)(zhi)氫(qing)技(ji)術仍(reng)依賴于(yu)化(hua)石(shi)能源(yuan)(yuan)消耗。因此(ci)，如何加速制(zhi)(zhi)氫(qing)方(fang)(fang)案轉型(xing)的(de)(de)挑戰(zhan)具有(you)非凡(fan)的(de)(de)意義。利用太陽能光催(cui)(cui)(cui)化(hua)裂解(jie)水產生氫(qing)氣(qi)(qi)是(shi)(shi)理想的(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)之(zhi)(zhi)一(yi)，因為太陽能是(shi)(shi)取之(zhi)(zhi)不盡、無污染(ran)的(de)(de)。光催(cui)(cui)(cui)化(hua)法(fa)制(zhi)(zhi)備(bei)氫(qing)氣(qi)(qi)的(de)(de)純度(du)高，可直接利用。此(ci)外，光催(cui)(cui)(cui)化(hua)技(ji)術也被廣泛應用于(yu)環境污染(ran)物的(de)(de)清除，如降解(jie)微生物難(nan)以(yi)解(jie)毒(du)的(de)(de)有(you)機染(ran)料、有(you)機氟化(hua)物和(he)抗生素，以(yi)及(ji)重(zhong)金屬的(de)(de)解(jie)毒(du)。然而，光催(cui)(cui)(cui)化(hua)技(ji)術的(de)(de)核心是(shi)(shi)光催(cui)(cui)(cui)化(hua)劑，因此(ci)設計(ji)一(yi)種高效穩定的(de)(de)光催(cui)(cui)(cui)化(hua)劑來減(jian)少生態(tai)破壞是(shi)(shi)必要(yao)的(de)(de)。

為(wei)了實(shi)現這一目標，研究人員(yuan)探索了大(da)量的(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)，并對其(qi)(qi)在實(shi)際應用中的(de)(de)可行(xing)性進行(xing)了研究和(he)驗證。在所有(you)(you)的(de)(de)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)中，g-C3N4因其(qi)(qi)特(te)色的(de)(de)石(shi)墨狀(zhuang)二維層狀(zhuang)結(jie)(jie)構而(er)引起(qi)了研究人員(yuan)的(de)(de)最(zui)大(da)興趣。根(gen)據最(zui)近的(de)(de)報道，g-C3N4中的(de)(de)C和(he)N原子(zi)是通過共價鍵結(jie)(jie)合(he)的(de)(de)，類(lei)似(si)于苯環(huan)的(de)(de)六邊(bian)形(xing)(xing)蜂窩結(jie)(jie)構。環(huan)與N原子(zi)相連，通過氫鍵層層疊加形(xing)(xing)成塊狀(zhuang)結(jie)(jie)構，使g-C3N4具有(you)(you)穩定的(de)(de)物理化(hua)(hua)學性質(zhi)。同時，g-C3N4成本低、制(zhi)備工藝(yi)簡(jian)單(dan)、無毒、帶隙合(he)適等諸多優(you)點，使g-C3N4成為(wei)太陽(yang)能(neng)光(guang)催(cui)化(hua)(hua)技術(shu)發(fa)展中很有(you)(you)前途的(de)(de)材料。而(er)g-C3N4作為(wei)單(dan)一光(guang)催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)(ji)，由于比表面積小(xiao)，光(guang)誘導載體分離(li)轉移緩慢，光(guang)催(cui)化(hua)(hua)活性較低。

因此，為了滿足實際(ji)應用，探索和(he)嘗試了多種(zhong)方法(fa)來進一(yi)(yi)步改善g-C3N4的(de)(de)(de)光(guang)(guang)催(cui)化性(xing)能，其中主要(yao)方法(fa)包括原子摻雜、貴(gui)金屬沉積、形態調控和(he)缺(que)(que)陷(xian)構造。其中，引入缺(que)(que)陷(xian)被證明是提高(gao)純(chun)g-C3N4活(huo)性(xing)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種(zhong)可靠(kao)方法(fa)。缺(que)(que)陷(xian)g-C3N4的(de)(de)(de)研究是近(jin)年來光(guang)(guang)催(cui)化領域(yu)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)個熱(re)點(dian)。缺(que)(que)陷(xian)可以在光(guang)(guang)催(cui)化劑本(ben)體或表面(mian)引入。其中，表面(mian)空位作為缺(que)(que)陷(xian)之一(yi)(yi)可以捕(bu)獲電(dian)子，促進光(guang)(guang)生(sheng)電(dian)子在界面(mian)上的(de)(de)(de)轉移。

同時，這些表面(mian)原子逸出后的(de)位(wei)(wei)點也(ye)可以(yi)作為反應(ying)位(wei)(wei)點，大(da)(da)大(da)(da)增(zeng)強了(le)對目(mu)(mu)標(biao)物(wu)的(de)吸收，拓寬了(le)光(guang)(guang)(guang)響應(ying)范圍(wei)。例如，張教授的(de)研究(jiu)團隊制備了(le)表面(mian)具有豐富(fu)碳(tan)缺陷的(de)超薄氮(dan)(dan)化(hua)碳(tan)，該材(cai)料(liao)可以(yi)實(shi)現(xian)強吸附(fu)和(he)激活二氮(dan)(dan)分子。碳(tan)缺陷加速了(le)體(ti)與表面(mian)的(de)光(guang)(guang)(guang)生電(dian)荷分離，從而(er)在可見(jian)光(guang)(guang)(guang)照射下表現(xian)出更(geng)(geng)高的(de)光(guang)(guang)(guang)催化(hua)固氮(dan)(dan)活性。此外，空位(wei)(wei)還會影響目(mu)(mu)標(biao)污(wu)染物(wu)的(de)吸附(fu)性能(neng)，從而(er)影響目(mu)(mu)標(biao)污(wu)染物(wu)的(de)配位(wei)(wei)結構和(he)電(dian)子態。更(geng)(geng)重(zhong)要的(de)是，空位(wei)(wei)的(de)位(wei)(wei)置、結構和(he)濃度是影響光(guang)(guang)(guang)催化(hua)性能(neng)的(de)重(zhong)要因素。

在g-C3N4中(zhong)引入(ru)空位的方法(fa)(fa)有很(hen)多，如在還原氣氛中(zhong)焙燒、形態控制和(he)構(gou)建異質結。但這些方法(fa)(fa)都存在經濟成本高、流程復雜等固有缺點(dian)。因此，制定(ding)一個簡單(dan)的辦法(fa)(fa)來建造空缺是(shi)一項(xiang)重(zhong)要的挑戰。

在本工作中，通(tong)(tong)過(guo)不同(tong)濃度(du)的(de)NaBH4溶液對(dui)g-C3N4進行表(biao)面(mian)(mian)處(chu)理，引入碳空位(wei)，提(ti)高(gao)可見光(guang)(guang)(guang)(guang)驅(qu)動的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)還原(yuan)性(xing)(xing)能(neng)。采用多種表(biao)征方法對(dui)處(chu)理后(hou)(hou)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)晶體性(xing)(xing)質、微觀(guan)形貌和(he)(he)表(biao)面(mian)(mian)狀態進行了(le)(le)(le)研究和(he)(he)分(fen)析。通(tong)(tong)過(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)測量和(he)(he)理論(lun)計(ji)算(suan)，探(tan)(tan)討(tao)了(le)(le)(le)碳空位(wei)對(dui)g-C3N4光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)性(xing)(xing)質的(de)影響。用可見光(guang)(guang)(guang)(guang)驅(qu)動誘導水裂解(jie)法對(dui)樣(yang)品的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)效率進行了(le)(le)(le)評價，并進行了(le)(le)(le)產氫(qing)和(he)(he)Cr(VI)還原(yuan)實(shi)驗(yan)。以3NBCN為(wei)代表(biao)制(zhi)備的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)劑(ji)，通(tong)(tong)過(guo)4次光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)產氫(qing)循環實(shi)驗(yan)，探(tan)(tan)討(tao)了(le)(le)(le)NaBH4處(chu)理后(hou)(hou)g-C3N4的(de)穩定性(xing)(xing)。結果表(biao)明，碳空位(wei)能(neng)顯著促進光(guang)(guang)(guang)(guang)生載(zai)流子(zi)的(de)分(fen)離(li)和(he)(he)遷移，擴大整體光(guang)(guang)(guang)(guang)吸收和(he)(he)利用，從而提(ti)高(gao)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)。最(zui)后(hou)(hou)，基于(yu)所有測試(shi)結果，探(tan)(tan)討(tao)了(le)(le)(le)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)增強(qiang)的(de)機(ji)理。這項工作開(kai)發了(le)(le)(le)一個實(shi)用的(de)策略，以提(ti)高(gao)g-C3N4的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)(xing)能(neng)。