Enhanced visible light photocatalytic H_2 production over Z-scheme g-C_3N_4 nansheets/WO_3 nanorods nanocomposites loaded with Ni(OH)_x cocatalysts  

利用Ni(OH)_x助催化剂修饰提高g-C_3N_4纳米片/WO_3纳米棒Z型纳米体系的可见光产氢活性的研究（英文）

作　　者：何科林[1,2,3] 谢君[1,2,3] 罗杏宜 温九青 马松[1,2,3] 李鑫[1,2,3] 方岳平[1] 张向超[4] 

机构地区：[1]华南农业大学材料与能源学院,广东广州510642 [2]华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州510642 [3]华南农业大学新能源与新材料研究所,农业部能源植物资源与利用重点实验室,广东省高校生物质能源重点实验室,广东广州510642 [4]长沙学院环境光催化应用技术省重点实验室,湖南长沙市410022

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2017年第2期240-252,共13页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (51672089);the Industry and Research Collaborative Innovation Major Projects of Guangzhou (201508020098);the State Key Laboratory of Advanced Technology for Material Synthesis and Processing (Wuhan University of Technology) (2015-KF-7);the Hunan Key Laboratory of Applied Environmental Photocatalysis (Changsha University) (CCSU-XT-04)~~

摘　　要：Novel WO3/g-C3N4/Ni（OH）x hybrids have been successfully synthesized by a two-step strategy of high temperature calcination and in situ photodeposition.Their photocatalytic performance was investigated using TEOA as a hole scavenger under visible light irradiation.The loading of WO3 and Ni（OH）x cocatalysts boosted the photocatalytic H2 evolution efficiency of g-C3N4.WO3/g-C3N4/Ni（OH）x with 20 wt%defective WO3 and 4.8 wt%Ni（OH）x showed the highest hydrogen production rate of 576 μmol/（g·h）,which was 5.7,10.8 and 230 times higher than those of g-C3N4/4.8 wt%Ni（OH）x,20 wt%WO3/C3N4 and g-C3N4 photocatalysts,respectively.The remarkably enhanced H2 evolution performance was ascribed to the combination effects of the Z-scheme heterojunction（WO3/g-C3N4） and loaded cocatalysts（Ni（OH）x）,which effectively inhibited the recombination of the photoexcited electron-hole pairs of g-C3N4 and improved both H2 evolution and TEOA oxidation kinetics.The electron spin resonance spectra of ·O2^- and ·OH radicals provided evidence for the Z-scheme charge separation mechanism.The loading of easily available Ni（OH）x cocatalysts on the Z-scheme WO3/g-C3N4 nanocomposites provided insights into constructing a robust multiple-heterojunction material for photocatalytic applications.光催化技术是目前解决能源和环境问题最具前景的手段之一,因此寻找高效光催化剂已成为光催化技术的研究热点.而在众多半导体催化剂中,廉价、环保且性能稳定的g-C_3N_4光催化剂在太阳光开发利用方面尤其引人关注.然而,由于g-C_3N_4的比表面小,活性位点少,以及光生电子/空穴对易复合等不足,严重导致其较低的光催化量子效率.因此,构造Z型体系和负载助催化剂等策略被广泛应用于提高g-C_3N_4光催化效率.在过去几年中,TiO_2,Bi_2WO_6,WO_3,Bi_2MoO_6,Ag_3PO_4和ZnO已经被成功证实可以与g-C_3N_4耦合而构造Z型光催化剂体系.其中,WO_3/g-C_3N_4光催化剂体系,具有可见光活性的WO_3导带中的光生电子和g-C_3N_4价带中的光生空穴容易实现Z型复合,从而保留了WO_3的强氧化能力和g-C_3N_4的高还原能力,最终大幅度提高了整个体系的光催化活性.在g-C_3N_4的各种产氢助催化剂中,由于常用的Pt,Ag和Au等贵金属的高成本和低储量等问题严重限制了它们的实际应用,所以近年来各种非贵金属助催化剂(包括纳米碳,Ni,NiS,Ni(OH)_2,WS_2和MoS_2等)得到了广泛的关注.我们采取廉价且丰富的Ni(OH)_x助催化剂修饰g-C_3N_4/WO_3耦合形成的Z型体系,开发出廉价高效的WO_3/g-C_3N_4/Ni(OH)_x三元产氢光催化体系.在该三元体系中,Ni(OH)_x和W0_3分别用于促进g-C_3N_4导带上光生电子和价带的光生空穴的分离及利用,从而使得高能的g-C_3N_4的光生电子在Ni(OH)_x富集并应用于光催化产氢,而高能的WO_3的光生空穴被应用于氧化牺牲剂三乙醇胺,最终实现了整个体系的高效光催化产氢活性及稳定性.我们通过直接焙烧钨酸铵和硫脲制备出WO_3纳米棒/g-C_3N_4,并采用原位光沉积方法将Ni(OH)_x纳米颗粒负载到WO_3/g-C_3N_4上.随后,我们采取X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)和比表面和孔径分布等表征手段来�

关 键 词：Photocatalytic hydrogen evolution Robust Ni（OH）x cocatalyst g-C3N4 Z-Scheme systems Heterojunction 

分 类 号：O643.36[理学—物理化学]