1. 文章信息

標(biao)題：Ultrathin 2D g-C3N4 nanosheets for visible-light photocatalytic reforming of cellulose into H2 under neutral conditions

中文標題： 超薄二(er)維氮化碳納米片用于在中性(xing)、可見光條件(jian)下的光催(cui)化重整纖維素制氫(qing)性(xing)能研究(jiu)  

頁碼：1717-1725  

DOI：  10.1002/jctb.7041        ;        

2. 期(qi)刊信息

期刊名：JOURNAL OF CHEMICAL TECNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

ISSN：  0268-2575  

2022年影(ying)響因子：  3.709  

分區信息(xi)： 中科院(yuan)三區；JCR分區（Q2）

涉及研究方向： 工(gong)程技術，工(gong)程：化(hua)工(gong)，生(sheng)物工(gong)程與應用(yong)微(wei)生(sheng)物，化(hua)學：綜合  

3. 作者信息：第一作者是  洪遠志(zhi)（北華(hua)大(da)學） 。通訊作者為(wei)  林雪（北華(hua)大(da)學），段喜鑫（北華(hua)大(da)學）。

4. 光催化(hua)活性(xing)評(ping)價系統(tong)型(xing)號：北京(jing)(jing)中(zhong)教金源(yuan)（CEL-SPH2N-D9，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；氣相色(se)譜型(xing)號：北京(jing)(jing)中(zhong)教金源(yuan)（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。

圖1.（a,b）CN（c,d）CNNs樣品的TEM和（e-f）CNNs樣品的AFM圖

如圖(tu)(tu)(tu)(tu)1所示(shi)，采用TEM和原子力顯(xian)微(wei)鏡（AFM）表(biao)征進(jin)一步(bu)觀察CN和CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的微(wei)觀結(jie)(jie)構(gou)信(xin)息。圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（a）是(shi)(shi)CN樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的 TEM 圖(tu)(tu)(tu)(tu)，可以(yi)明(ming)(ming)顯(xian)的看出(chu)(chu)CN樣(yang)品(pin)(pin)(pin)是(shi)(shi)一種(zhong)典型的塊體結(jie)(jie)構(gou)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（b）是(shi)(shi)CN樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的局部放大圖(tu)(tu)(tu)(tu)，可以(yi)觀察到CN樣(yang)品(pin)(pin)(pin)凝(ning)聚在一起。圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（c）是(shi)(shi)CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的TEM圖(tu)(tu)(tu)(tu)，CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的形(xing)貌為2D薄片(pian)(pian)卷(juan)曲狀(zhuang)結(jie)(jie)構(gou)，與CN樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的形(xing)貌相差很大。圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（d）是(shi)(shi)CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的局部放大圖(tu)(tu)(tu)(tu)，可以(yi)明(ming)(ming)顯(xian)的觀察到CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的卷(juan)曲的納米(mi)片(pian)(pian)狀(zhuang)結(jie)(jie)構(gou)。同時進(jin)一步(bu)證明(ming)(ming)了(le)二次熱氧化剝離處理是(shi)(shi)制備(bei)納米(mi)片(pian)(pian)使(shi)得其(qi)厚(hou)度變(bian)薄。圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（e-f）分別是(shi)(shi) CNNs納米(mi)片(pian)(pian)的 AFM和厚(hou)度測試(shi)結(jie)(jie)果(guo)圖(tu)(tu)(tu)(tu)。其(qi)中，CNNs樣(yang)品(pin)(pin)(pin)的平(ping)均(jun)厚(hou)度在6 nm左右，展現(xian)出(chu)(chu)納米(mi)尺寸的2D薄片(pian)(pian)結(jie)(jie)構(gou)，也(ye)進(jin)一步(bu)證明(ming)(ming)了(le)圖(tu)(tu)(tu)(tu)1（d）的結(jie)(jie)果(guo)。

圖2.（a）CN和CNNs樣(yang)品(pin)的N₂吸/脫附(fu)曲線（插(cha)圖：孔(kong)徑分布圖）；（b）CN和CNNs樣品的FTIR圖

如圖(tu)2（a）示，采用(yong)了N2吸(xi)附-脫附等(deng)溫(wen)曲線表(biao)(biao)征獲(huo)得CN和(he)CNNs樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)比表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)大小。由(you)圖(tu)可(ke)知，所得樣(yang)(yang)品(pin)(pin)都(dou)出現明顯(xian)的(de)(de)H3回滯(zhi)環的(de)(de)Ⅳ型吸(xi)附等(deng)溫(wen)曲線表(biao)(biao)明它(ta)們都(dou)具(ju)有(you)介(jie)孔結(jie)構。然后，通過計(ji)算可(ke)以(yi)得出CN樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)比表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)為23.2 cm2/g，二次熱氧化(hua)剝離處理的(de)(de)CNNs樣(yang)(yang)品(pin)(pin)具(ju)有(you)更大的(de)(de)比表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)，其比表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)為93.1 cm2/g，約是CN樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)4.01倍。因此(ci)，較(jiao)大的(de)(de)比表(biao)(biao)面(mian)積(ji)(ji)使得CNNs樣(yang)(yang)品(pin)(pin)能夠(gou)在(zai)光(guang)催(cui)化(hua)反應(ying)(ying)中提供更多的(de)(de)反應(ying)(ying)活性(xing)位(wei)點，有(you)利于提高光(guang)催(cui)化(hua)重整制氫性(xing)能。圖(tu)2中的(de)(de)插圖(tu)可(ke)知，CN和(he)CNNs樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)孔徑大約在(zai)2~11 nm，進一步證(zheng)明CN和(he)CNNs樣(yang)(yang)品(pin)(pin)具(ju)有(you)介(jie)孔結(jie)構。

圖3. CN和CNNs樣品的（a）EIS和（b）PC圖

如(ru)圖(tu)3所示，采用(yong)電(dian)(dian)化學(xue)阻(zu)(zu)抗（EIS）和瞬態光(guang)(guang)電(dian)(dian)流響應（PC）確定所制備樣品的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)的(de)(de)分離(li)效(xiao)率、遷移(yi)效(xiao)率的(de)(de)情況。因此，由圖(tu)3（a）可知，CN樣品顯示出最大(da)的(de)(de)EIS半(ban)(ban)徑，從而揭示出其最大(da)的(de)(de)電(dian)(dian)荷(he)轉移(yi)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)。與(yu)(yu)CN相比，CNNs樣品的(de)(de)半(ban)(ban)徑明顯減小(xiao)，表明界面電(dian)(dian)荷(he)傳輸電(dian)(dian)阻(zu)(zu)顯著降低，并且光(guang)(guang)生電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)-空穴對的(de)(de)間距逐漸增大(da)，表明其電(dian)(dian)荷(he)轉移(yi)能力(li)越強，有(you)效(xiao)的(de)(de)捕獲電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)、促進電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)轉移(yi)和降低電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)(yu)空穴復合，這也是提高光(guang)(guang)催化重(zhong)整制氫性能的(de)(de)原因之一。

圖4.（a）CNNs樣品(pin)在不同Pt負載量條件(jian)下(xia)光催化重整纖維素(su)制氫的平均(jun)速率；（b）CNNs樣品在(zai)在(zai)不同纖(xian)維素(su)濃度條件下光催化重(zhong)整(zheng)纖(xian)維素(su)制氫的平(ping)均速(su)率

如圖4（a）所示，通過控制(zhi)(zhi)變量法，探究以三聚(ju)氰胺為(wei)前驅體(ti)制(zhi)(zhi)備(bei)CN和CNNs樣(yang)品(pin)的(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)重整纖維素制(zhi)(zhi)氫(qing)性(xing)能。由圖可知，在(zai)中性(xing)條件下，當金(jin)屬Pt負(fu)載(zai)量從1 wt%到4 wt%時(shi)(shi)，纖維素的(de)(de)濃(nong)度為(wei)0.50 g/L時(shi)(shi)，CNNs催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)平均制(zhi)(zhi)氫(qing)速(su)率分別為(wei)5.82 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、10.40 μmol/(h·g)和7.43 μmol/(h·g)。為(wei)了(le)證明(ming)CNNs光(guang)催(cui)(cui)化(hua)能夠提升光(guang)催(cui)(cui)化(hua)重整制(zhi)(zhi)氫(qing)性(xing)能還對(dui)CN催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)進行了(le)制(zhi)(zhi)氫(qing)速(su)率的(de)(de)對(dui)比，可明(ming)顯的(de)(de)觀察到CN的(de)(de)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)重整制(zhi)(zhi)氫(qing)速(su)率為(wei)3.34 μmol/(h·g)，明(ming)顯降(jiang)低(di)。由此可見，當金(jin)屬Pt負(fu)載(zai)量為(wei)2 wt%時(shi)(shi)，二(er)次熱(re)氧(yang)化(hua)剝離處理的(de)(de)CNNs樣(yang)品(pin)的(de)(de)可見光(guang)光(guang)催(cui)(cui)化(hua)重整制(zhi)(zhi)氫(qing)速(su)率達(da)到13.14 μmol/(h·g)，是相同(tong)條件下CN催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)3.9倍。