Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp nitrua carbon dạng ống dop cobalt từ precursor hybrid hữu cơ-vô cơ phục vụ cho việc tạo ra hydro photocatalytic
Tóm tắt
g-C3N4 đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực phân tách nước bằng quang xúc tác, nhưng vẫn gặp phải vấn đề diện tích bề mặt riêng thấp và tái kết hợp mang điện cao. Ở đây, g-C3N4 dop Co (Co–C3N4) đã được tổng hợp thành công dưới bầu khí argon ở nhiệt độ 550 °C trong 4 giờ thông qua quá trình nhiệt phân một precursor hybrid hữu cơ-vô cơ đã được chuẩn bị trước bằng phương pháp thủy nhiệt. Co–C3N4 sở hữu diện tích bề mặt riêng cao hơn 82 m²/g, gấp 16,4 lần diện tích bề mặt của g-C3N4 dạng khối. Ngược lại, việc doping Co tại chỗ có thể mở rộng vùng hấp thụ ánh sáng sang ánh sáng khả kiến và cải thiện tốc độ truyền tải điện tích một cách đáng kể. Cả sự thay đổi về diện tích bề mặt lẫn tính chất quang học đều có lợi cho phản ứng quang xúc tác. Xúc tác Co–C3N4 với tỷ lệ tối ưu giữa axit cyanuric và melamine là 1:40 cho thấy tỷ lệ sản xuất H2 xuất sắc là 741,6 µmol g−1 h−1 dưới điều kiện chiếu sáng của đèn Xenon. Cơ chế hình thành có thể của Co–C3N4 dạng ống được đề xuất. Đồng thời, việc thiết kế các cấu trúc hybrid hữu cơ-vô cơ độc đáo có thể mở ra một hướng đi mới cho việc phân tách nước bằng quang xúc tác xuất sắc.
Từ khóa
#g-C3N4 #quang xúc tác #phân tách nước #doping Co #diện tích bề mặt #truyền tải điện tíchTài liệu tham khảo
Zhang H, An P, Zhou W et al (2018) Dynamic traction of lattice-confined platinum atoms into mesoporous carbon matrix for hydrogen evolution reaction. Sci Adv 4(1):eaao6657. https://doi.org/10.1126/sciadv.aao6657
Fan W, Zhang Q, Wang Y (2013) Semiconductor-based nanocomposites for photocatalytic H2 production and CO2 conversion. Phys Chem Chem Phys 15:2632–2649
Yang J, Wang D, Han H et al (2013) Roles of cocatalysts in photocatalysis and photoelectrocatalysis. Acc Chem Res 46(8):1900–1909
Zhang H, Liu G, Shi L et al (2016) Engineering coordination polymers for photocatalysis. Nano Energy 22:149–168
Liang Q, Li Z, Huang ZH et al (2015) Holey graphitic carbon nitride nanosheets with carbon vacancies for highly improved photocatalytic hydrogen production. Adv Func Mater 25(44):6885–6892
Xu J, Antonietti M (2017) The performance of nanoparticulate graphitic carbon nitride as an amphiphile. J Am Chem Soc 139(17):6026–6029
Deng L, Zhu M (2016) Metal–nitrogen (Co–gC3N4) doping of surface-modified single-walled carbon nanohorns for use as an oxygen reduction electrocatalyst. RSC Adv 6(31):25670–25677
Xiong T, Cen W, Zhang Y et al (2016) Bridging the g-C3N4 interlayers for enhanced photocatalysis. ACS Catal 6(4):2462–2472
Yang C, Qin J, Xue Z et al (2017) Rational design of carbon-doped TiO2 modified g-C3N4 via in situ heat treatment for drastically improved photocatalytic hydrogen with excellent photostability. Nano Energy 41:1–9
Ou M, Wan S, Zhong Q et al (2018) Hierarchical Z-scheme photocatalyst of g-C3N4@Ag/BiVO4 (040) with enhanced visible-light-induced photocatalytic oxidation performance. Appl Catal B 221:97–107
Wang Y, Li Y, Ju W et al (2016) Molten salt synthesis of water-dispersible polymeric carbon nitride nanoseaweeds and their application as luminescent probes. Carbon 102:477–486
Xiang K, Xu Z, Qu T et al (2017) Two dimensional oxygen-vacancy-rich Co3O4 nanosheets with excellent supercapacitor performances. Chem Commun 53(92):12410–12413
Dong G, Zhao K, Zhang L (2012) Carbon self-doping induced high electronic conductivity and photoreactivity of g-C3N4. Chem Commun 48(49):6178–6180
Zhang G, Huang C, Wang X (2015) Dispersing molecular cobalt in graphitic carbon nitride frameworks for photocatalytic water oxidation. Small 11(9–10):1215–1221
Tonda S, Kumar S, Kandula S et al (2014) Fe-doped and-mediated graphitic carbon nitride nanosheets for enhanced photocatalytic performance under natural sunlight. J Mater Chem A 2(19):6772–6780
Yue B, Li Q, Iwai H et al (2011) Hydrogen production using zinc-doped carbon nitride catalyst irradiated with visible light. Sci Technol Adv Mater 12(3):034401. https://doi.org/10.1088/1468-6996/12/3/034401
Ai W, Wang X, Zou C et al (2017) Molecular-level design of hierarchically porous carbons co doped with nitrogen and phosphorus capable of in situ self-activation for sustainable energy systems. Small 13(8):1602010. https://doi.org/10.1002/smll.201602010
Pan L, Zhu XD, Sun KN et al (2016) Molecular level distribution of black phosphorus quantum dots on nitrogen-doped graphene nanosheets for superior lithium storage. Nano Energy 30:347–354
Zheng Y, Jiao Y, Zhu Y et al (2017) Molecule-level g-C3N4 coordinated transition metals as a new class of electrocatalysts for oxygen electrode reactions. J Am Chem Soc 139(9):3336–3339
Wang S, Li K, Chen Y et al (2015) Biocompatible PEGylated MoS2 nanosheets: controllable bottom-up synthesis and highly efficient photothermal regression of tumor. Biomaterials 39:206–217
Chi JQ, Gao WK, Lin JH et al (2018) Porous core–shell N-doped Mo2C@ C nanospheres derived from inorganic–organic hybrid precursors for highly efficient hydrogen evolution. J Catal 360:9–19
Thomas A, Fischer A, Goettmann F et al (2008) Graphitic carbon nitride materials: variation of structure and morphology and their use as metal-free catalysts. J Mater Chem 18(41):4893–4908
Chen PW, Li K, Yu YX et al (2017) Cobalt-doped graphitic carbon nitride photocatalysts with high activity for hydrogen evolution. Appl Surf Sci 392:608–615
Sun BW, Li HJ, Yu HY et al (2017) In situ synthesis of polymetallic Co-doped g-C3N4, photocatalyst with increased defect sites and superior charge carrier properties. Carbon 117(Complete):1–11
Huang Z, Chen H, Zhao L et al (2019) In suit inducing electron-donating and electron-withdrawing groups in carbon nitride by one-step NH4Cl-assisted route: a strategy for high solar hydrogen production efficiency. Environ Int 126:289–297
Han Q, Wang B, Gao J et al (2016) Atomically thin mesoporous nanomesh of graphitic C3N4 for high-efficiency photocatalytic hydrogen evolution. ACS Nano 10(2):2745–2751
Zhong M, He WW, Shuang W et al (2018) Metal–organic framework derived core–shell Co/Co3O4@N-C nanocomposites as high performance anode materials for lithium ion batteries. Inorgan Chem. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b00365