关键词:
光催化剂
石墨相氮化碳
磷酸银
产氢
异质结
摘要:
氢能作为无污染、高能量密度的清洁能源,被视为未来可持续发展的理想能源。光催化技术是缓解能源危机的绿色技术之一,寻找性能优异的光催化产氢材料为当务之急。本工作采用高温煅烧与原位沉积-沉淀法制备了磷酸银负载石墨相氮化碳(Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4))二元复合光催化剂,并用于光催化制氢实验,研究了Ag_(3)PO_(4)负载量、牺牲剂种类、牺牲剂添加量对产氢性能的影响,采用XRD、FTIR、XPS、SEM、UV-vis DRS、PL等多种技术对光催化剂进行物理化学结构特征分析。结果表明,Ag_(3)PO_(4)的负载量为4%时,Ag_(3)PO_(4)-4/C_(3)N_(4)产氢量最高,可达218.97μmol,分别是C_(3)N_(4)和Ag_(3)PO_(4)的3.1倍和58.4倍。与甲醇、丙三醇和乳酸相比,三乙醇胺是Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)光催化剂的最佳牺牲剂,然而过量的三乙醇胺不能进一步提升产氢量。在FT-IR光谱中没有观察到明显的Ag_(3)PO_(4)吸收峰,这可能是由于Ag_(3)PO_(4)含量较低所致,随着Ag_(3)PO_(4)负载量的增加,C_(3)N_(4)(002)晶面的衍射峰逐渐减小,反映出Ag_(3)PO_(4)在C_(3)N_(4)表面良好的分散性和Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)复合光催化剂的有效耦合。负载少量Ag_(3)PO_(4)后,C_(3)N_(4)的形貌发生变化,Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)比表面积增大,且Ag_(3)PO_(4)以纳米颗粒形式高度分散于C_(3)N_(4)表面。Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)表现出较高的瞬态光电流强度,证实了C_(3)N_(4)与Ag_(3)PO_(4)形成异质结,有效地增强了Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)中光生电子-空穴对的分离。较大的比表面积、增强的光吸收特征、光生电子-空穴对的有效分离与转移是Ag_(3)PO_(4)/C_(3)N_(4)复合材料高效光催化产氢的重要因素。基于表征和实验结果,提出了Ag_(3)PO_(4)改性C_(3)N_(4)异质结光催化剂的产氢机理。