卓越的界面接触产生了高效的电子转移速率和在M/C₃N₄中增强的太阳光催化生成 斯科特基交点

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 光催化作用的光催化
• 纳米技术 纳米技术

背景情况:

• 在石墨碳化物 (g-C3N4) 上分散的金属纳米粒子 (NP) 通过作为共催化剂来改善光催化产量.
• 关于不同金属NP如何影响g-C3N4表面特性和光催化活性的准确理解仍然不完整.

研究的目的:

• 为了彻底比较各种金属/g-C3N4 (M/CN) 系统的形态,金属支相互作用,电荷转移动力学和带特征.
• 为了将这些特性与阳光和紫外线可见辐射下的光催化生产活动相关联.
• 阐明 (Pt) 作为g-C3N4.4的优质共催化剂的作用.

主要方法:

• M/CN (M = Pt, Pd, Au, Ag, Cu) 光催化剂的合成和表征.
• 在阳光和紫外线可见光下测量光催化演化速率.
• 使用X射线光电谱 (XPS),价值带XPS (VB-XPS) 和Mott-Schottky (MS) 图表对金属支相互作用的分析.
• 使用秒瞬态吸收光谱学研究界面电荷转移动力学.

主要成果:

• Pt/CN显示出最高的光催化产量 (2.7 mmol/h/g在阳光下),表现优于Pd/CN,Au/CN,Ag/CN和Cu/CN.
• Pt与g-C3N4的接口接触优越,由较高的Schottky屏障高度 (0.66V) 和强大的金属支相互作用证明.
• 由于表面等离子体共振 (SPR) 效应,Au 和 Ag NP 呈现聚合,导致分散性较差和活性较低.
• 与Au/CN (0.087 × 10^10 s^-1) 相比,Pt/CN表现出明显更快的界面电子传递率 (2.5 × 10^10 s^-1).与Au/CN (0.087 × 10^10 s^-1) 相比,Pt/CN表现出明显更快的界面电子传递率 (2.5 × 10^10 s^-1).
• 带对齐在Pt/CN是最有利于减少水的,导电带尾部状态位于水减少潜力以上.

结论:

• 纳米粒子与g-C3N4形成了优越的接口,从而提高了电荷分离和转移,这对于高光催化生产至关重要.
• 了解金属支相互作用和波段对齐是设计太阳能燃料发电高效的共催化剂-光催化剂系统的关键.
• 该研究为开发用于光催化应用的下一代共催化剂-光催化剂系统提供了框架.