Electrodeposition of Cu_2O/g-C_3N_4 heterojunction film on an FTO substrate for enhancing visible light photoelectrochemical water splitting  

在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu_2O/g-C_3N_4异质结膜（英文）

作　　者：张声森[1,2] 晏洁[1] 杨思源[1] 徐悦华[1] 蔡欣[1] 张向超[3] 彭峰[2] 方岳平[1] 

机构地区：[1]华南农业大学材料与能源学院,广东广州510643 [2]华南理工大学化学与化工学院,广东广州510641 [3]长沙学院环境光催化应用技术湖南省重点实验室,湖南长沙410022

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2017年第2期365-371,共7页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (21173088);the Science and Technology Project of Guangdong Province (2014A030312007, 2015A050502012, 2016A010104013);the China Postdoctoral Science Foundation (2016M592493);the Open Research Fund of Hunan Key Laboratory of Applied Environmental Photocatalysis (CCSU-XT-06),Changsha University~~

摘　　要：An immobilized Cu2O/g-C3N4 heterojunction film was successfully made on an FTO substrate by electrophoretic deposition of g-C3N4 on a Cu2O thin film.The photoelectrochemical（PEC） performance for water splitting by the Cu2O/g-C3N4 film was better than pure g-C3N4 and pure Cu2O film.Under-0.4 V external bias and visible light irradiation,the photocurrent density and PEC hydrogen evolution efficiency of the optimized Cu2O/g-C3N4 film was-1.38 mA/cm^2 and 0.48 mL h^-1 cm^-2,respectively.The enhanced PEC performance of Cu2O/g-C3N4 was attributed to the synergistic effect of light coupling and a matching energy band structure between g-C3N4 and Cu2O as well as the external bias.近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,P型半导体氧化亚铜(Cu_2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu_2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu_2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu_2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu_2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu_2O/g-C_3N_4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu_2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C_3N_4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu_2O薄膜表面沉积一层g-C_3N_4纳米颗粒,得到了Cu_2O/g-C_3N_4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu_2O/g-C_3N_4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu_2O/g-C_3N_4异质结材料,SEM图表明g-C_3N_4纳米颗粒在Cu_2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu_2O和g-C_3N_4薄膜材料有极大提高.当在Cu_2O表面沉积g-C_3N_4的时间为15 s时,得到样品Cu_2O/g-C_3N_4-15异质结膜,其在-0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了-1.38 mA/cm^2,分别是纯Cu_2O和g-C_3N_4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h^(-1)cm^(-2),且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能

关 键 词：Cuprous oxide Graphitic carbon nitride Heterojunction film ELECTRODEPOSITION Visible light Photoelectrochemical water splitting Hydrogen evolution 

分 类 号：TB383[一般工业技术—材料科学与工程] TQ116.2[化学工程—无机化工]