경제적이고 효과적인 Pt 기반 합금 조촉매는 우수한 촉매 활성과 Pt 사용량 감소로 인해 상당한 주목을 받고 있습니다. 이 연구에서 PtNi 합금 조촉매는 g-C3에 성공적으로 장식되었습니다. N4 손쉬운 화학적 환원 방법을 통한 /GO 하이브리드 광촉매. 에오신 Y감작 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 복합 광촉매는 Eosin Y-sensitized g-C3보다 수소 발생 속도가 약 1.54배 및 1178배 더 높습니다. N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /Ni/GO-0.5% 샘플, 각각. g-C3의 향상된 성능 메커니즘 N4 /PtNi/GO 합성물은 또한 광발광, 과도 광전류 응답 및 TEM과 같은 다양한 특성화에 의해 조사되었습니다. 이러한 결과는 향상된 전하 분리 효율과 더 많은 반응성 부위가 Pt와 Ni 사이의 긍정적인 상승 효과로 인해 향상된 수소 발생 성능에 책임이 있음을 나타냅니다. 이 연구는 PtNi 합금이 수소 발생 반응을 위한 경제적이고 효과적인 조촉매로 사용될 수 있음을 시사합니다.
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광촉매 H2의 상당한 향상 Eosin Y-sensitized g-C3 N4 효율적인 조촉매로 PtNi 합금이 포함된 /PtNi/GO 합성물.
<섹션 데이터-제목="배경">태양 에너지를 이용한 물로부터 지속 가능하고 대규모의 수소 발생은 에너지 위기와 환경 오염을 해결하기 위한 유망한 방법 중 하나로 간주됩니다[1, 2]. 이러한 목표를 달성하기 위해서는 가시광선 반응 광촉매와 효율적인 조촉매가 필요하다[3,4,5]. 일반적으로 효율적인 조촉매로 귀금속 Pt를 로딩하는 것은 높은 수소 발생률을 달성하는 데 매우 필요합니다[6,7,8]. 그러나 Pt는 희귀하고 비싸기 때문에 실용화에 어려움이 있습니다. Pt 사용량을 줄이는 동시에 수소 발생에 대한 탁월한 촉매 활성을 유지하는 것이 요망됩니다. Pt의 일부를 전이 금속(Ni, Co, Cu, Fe 등)으로 대체하여 바이메탈 합금 조촉매를 형성하는 것은 우수한 촉매 활성을 달성하고 Pt 사용을 줄이는 유망한 잠재적 방법입니다[9,10,11]. 경우에 따라 Pt 기반 바이메탈 합금 조촉매의 촉매 성능은 두 금속 간의 긍정적인 상승 효과로 인해 순수한 Pt와 비슷합니다. 따라서 최근 바이메탈 합금 조촉매를 담지한 가시광 응답 광촉매에 대한 관심이 높아지고 있다.
Yu et al. 보고된 PtCo 또는 PtNi 합금 조촉매 수정 Cu2 ZnSnS4 H2가 더 높게 나타났습니다. 순수 Pt 로딩 Cu2보다 생산 효율 ZnSnS4 [12]. 포인트3 Co 바이메탈 조촉매 장식된 CdS는 Hu et al.에 의해 준비되었습니다. 그리고 향상된 수소 발생 성능을 보였다[13]. PtCo 및/또는 PtFe 로딩 Zn1 − x CD x S는 이전 연구에서도 평가되었습니다[14, 15]. 그러나 Cu2의 낮은 가시광선 광촉매 성능 ZnSnS4 또는 Cd의 높은 독성은 대규모로 실제 적용을 방해합니다. 질화탄소(g-C3 N4 ) 저렴한 비용으로 주목받고 있다[16]. Han et al. H2 960μmol g −1 의 진화 속도 h −1 PtCo/g-C3를 통해 얻었습니다. N4 λ의 광촉매> 400nm 조사[17]. PtNix /g-C3 N4 hybird 광촉매도 Bi et al.에 의해 연구되었으며 H2 8456μmol g −1 의 진화 속도 h −1 전체 스펙트럼 조사에서 달성되었습니다[18]. 그러나 바이메탈 합금 조촉매로 개질된 g-C3의 가시광 광촉매 성능 N4 광촉매는 2.7eV의 넓은 밴드 갭과 나쁜 전자 전달 능력으로 인해 여전히 약간 낮습니다. 에오신 Y감작 g-C3 N4 넓은 범위의 가시광선을 수확할 수 있습니다[19, 20]. 그래핀 옥사이드(GO)는 높은 전자 수송 특성을 가지며 전자 수용체로 널리 사용되어 왔다[21,22,23,24,25]. g-C3 결합 N4 및 GO는 g-C3에서 전자 전달 능력을 촉진할 수 있습니다. N4 따라서 수소 발생에 대한 광촉매 성능을 향상시키기 위해 전자-정공 쌍의 분리를 개선합니다[26,27,28,29,30,31]. 최근에 효율적인 Eosin Y-sensitized g-C3를 보고했습니다. N4 수소 발생을 위한 /Pt/GO 복합 광촉매 [23]. 고가의 Pt 조촉매는 상대적으로 높은 수소 생산 성능에 중요한 역할 중 하나입니다. 값비싼 백금 사용량을 줄이고 가시광선 광촉매 성능을 더욱 향상시키기 위해 저렴한 Eosin Y-sensitized g-C3 N4 Pt계 합금 조촉매를 담지한 /GO 복합 광촉매가 유용합니다.
여기, 에오신 Y감작 g-C3 N4 /PtNi/GO 복합 광촉매는 물에서 수소 발생을 위해 준비되었습니다. 5.89mmol g −1 의 최고 수소 발생 속도 h −1 Eosin Y-sensitized g-C3 이상으로 얻어진다. N4 Eosin Y-sensitized g-C3보다 훨씬 높은 /PtNi/GO 광촉매 N4 /Pt/GO 및 g-C3 N4 /Ni/GO 복합 샘플. 우리가 아는 한, Eosin Y-sensitized g-C3 N4 /PtNi/GO 합성물은 물에서 수소를 생산하는 데 사용됩니다. Pt/Ni의 최적 몰비와 PtNi 조촉매의 양을 구체적으로 선별하였다. 또한, g-C3의 광촉매 성능 향상 메커니즘 N4 /PtNi/GO 합성물도 다양한 특성화 방법을 통해 조사되었습니다.
g-C3 N4 분말은 이전 연구[32]에서 설명한 대로 합성되었습니다. 일반적인 절차에서 요소(8g)를 덮개가 있는 알루미나 도가니에 넣었습니다. 도가니를 5°C/min의 가열 속도로 600°C로 가열하고 관로에서 2시간 동안 유지했습니다. 열처리 후, 밝은 노란색 g-C3 N4 추가 사용을 위해 분말을 수집했습니다.
GO는 수정된 Hummers' 방법을 사용하여 준비되었습니다[33]. 천연 흑연(10g) 및 NaNO3 (5g)을 비커에 담았습니다. 그런 다음 230mL의 진한 황산을 가하고 가능한 한 천천히 진행해야 합니다. 상기 반응은 빙수욕 하에서 교반하면서 진행하였다. 다음으로 10g KMnO4 혼합물 용액에 첨가하고 3시간 동안 반응시켰다. 용액의 온도를 35°C로 올리고 4시간 동안 유지했습니다. 그런 다음, 위의 용액에 460mL의 증류수를 붓고 약 98°C까지 3시간 동안 가열했습니다. 반응 후 일정량의 H2 O2 (30%) 및 진한 염산을 과량의 KMnO4를 제거할 목적으로 교반하면서 첨가했습니다. 그리고 SO4 2− . 마지막으로 GO 샘플을 24시간 동안 동결 건조하여 얻었습니다.
g-C3 합성 N4 /PtNi/GO-X (X g-C3에 대한 PtNi 조촉매의 중량비를 나타냅니다. N4 /GO 합성물 및 Pt 대 Ni의 몰비는 1:1):일반적으로 133mg의 g-C3 N4 50mL 무수 에탄올에 분산시켰다. 초과 NaBH4 혼합 용액에 환원제를 교반하면서 첨가하였다. 그런 다음 일정량의 NiCl2 ·6H2 O 용액(0.1mol/L) 및 H2 백금6 용액(1.0mmol/L)을 상기 용액에 적가하였다. NiCl2의 추가 절차를 조사하기 위해 ·6H2 O 및 H2 백금6 솔루션에서 Pt와 Ni의 동시 로딩, Pt와 Ni의 로딩 또는 그 반대의 세 가지 방법이 선택되었습니다. 그런 다음, 현탁액 용액을 5시간 동안 교반하여 g-C3에서 PtNi 조촉매에 대한 균일한 분산을 달성했습니다. N4 . 그 후, g-C3 N4 /PtNi-X 샘플은 과량의 NaBH4를 씻어내기 위해 원심분리에 의해 수집되었습니다. 여러 번. 그 후, 67mg GO 및 g-C3 N4 /PtNi-X 샘플을 100mL 증류수에 동시에 분산시켰다. 현탁액 용액을 500W에서 10시간 동안 초음파 처리했습니다. 그 후, 일련의 g-C3 N4 /PtNi/GO-X 복합 광촉매는 원심 분리하여 얻은 다음 60 ° C의 진공 오븐에서 하룻밤 동안 건조되었습니다. 다른 Pt/Ni 몰비(9:1, 3:1, 1:3, 1:9)를 갖는 다른 바이메탈 PtNi 합금 조촉매도 Pt9 Ni1 , Pt3 Ni1 , 포인트1 Ni3 및 Pt1 Ni9 , 특히 Pt/Ni 이름의 1:1 M 비율을 PtNi로 지정합니다.
g-C3 합성 N4 /Ni/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 샘플(0.5%는 Ni 또는 Pt 대 g-C3의 중량 비율을 나타냄) N4 /GO 합성):g-C3 N4 /Ni/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 샘플은 g-C3와 동일한 준비 절차로 준비되었습니다. N4 /PtNi/GO-X 샘플은 NiCl2의 다른 부피 추가를 제외하고 ·6H2 O 솔루션 또는 H2 백금6 해결책. g-C3의 2:1 중량비 N4 to GO는 모든 g-C3에서 선택됩니다. N4 /Ni/GO, g-C3 N4 /Pt/GO 및 g-C3 N4 /Ptx 니y /GO 이전 연구에 따른 합성 샘플 [32].
XRD 패턴은 Cu-Kα 방사선이 있는 X선 회절 회절계(Bruker D8-Advance, Germany)를 사용하여 얻었습니다. 샘플의 TEM 이미지는 투과전자현미경(JEM-2100, Japan)을 통해 기록하였다. 광촉매의 표면 화학적 상태는 단색 Al Ka X선(1486.6eV)을 사용하여 X선 광전자 분광법(XPS, AXISULTRA)으로 측정했습니다. 광발광(PL) 스펙트럼은 JY HORIBA FluoroLog-3 분광계에서 측정되었으며 460nm의 여기 파장이 선택되었습니다. 광전류 응답 곡선은 가시광선 조사(λ> 420 nm) 하에서 기존의 표준 3전극 전지를 사용하여 전기화학 워크스테이션(CHI660E, Chenhua, China)에서 수행되었습니다. 0.1mol/L Na2 SO4 용액을 전해질로 사용했습니다.
광촉매 실험은 6°C의 평평한 상단 창이 있는 Pyrex 전지에서 수행되었습니다. 일반적으로 50mg의 광촉매 분말과 50mg의 Eosin Y 염료를 100mL H2에 첨가했습니다. O 포함 20vol%(v /v) 트리에탄올아민(TEOA, pH =7). UV 차단 필터(> 420nm)와 결합된 300W 크세논 램프(D59, Beijing China Education Au-light Co., Ltd)를 광원으로 사용했습니다. 수소량은 가스크로마토그래피(GC-7920, TCD, Ar carrier)로 측정하였다.
g-C3의 XRD 패턴 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플은 그림 1에 나와 있습니다. 3개의 샘플에서 2개의 명백한 회절 피크가 관찰됩니다. 2θ =13.8°를 중심으로 하는 작은 피크가 g-C3의 (100) 피크에 할당됩니다. N4 , 이는 면내 구조적 패킹 모티브[34]에서 발생합니다. 27.4°의 강한 회절 피크는 g-C3의 (002) 피크로 표시됩니다. N4 , 이는 공액 방향족 시스템의 층간 적층에 해당합니다[35]. 3개의 평가된 샘플에 대해 GO, Pt 및/또는 Ni 조촉매 회절 신호가 검출되지 않았습니다. 합성물에서 GO를 충분히 제거하면 GO 정보가 없을 수 있습니다[28]. Pt 및/또는 Ni의 양이 XRD 방법으로 검출하기에는 너무 적습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 세 가지 다른 샘플은 초음파 처리 후 유사한 더 얇은 층 구조를 나타냅니다. g-C3의 2차원 구조 사이에 긴밀한 접촉이 형성됨 N4 및 GO의 나노시트 구조. 도 2a, b에서 g-C3의 중간층 또는 표면에 Ni 또는 Pt 나노입자가 약간 더 크게 분산되어 있는 것을 볼 수 있다. N4 . 순수한 Ni 및 Pt와 비교하여 PtNi 합금 조촉매 입자의 크기가 감소하고 PtNi 합금 조촉매의 분산이 향상됩니다(그림 2c 참조). 작은 크기의 PtNi 합금 조촉매는 수소 발생을 위한 더 많은 반응성 부위를 제공하고 PtNi 합금 조촉매의 높은 분산은 g-C3로부터의 전자 전달에 도움이 됩니다. N4 및/또는 PtNi 조촉매로 이동합니다. PtNi 합금 조촉매의 향상된 분산은 이전 연구에서도 관찰되었습니다[36]. 정확한 이유는 추가 조사가 필요합니다.
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g-C3의 XRD 패턴 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플
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g-C3의 TEM 이미지 N4 /Ni/GO-0.5%(a ), g-C3 N4 /Pt/GO-0.5%(b ) 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5%(c )
g-C3의 표면 화학 원소 및 원자가 상태를 조사하기 위해 N4 /Ni/GO, g-C3 N4 /Pt/GO 및 g-C3 N4 /PtNi/GO 샘플, 세 가지 다른 샘플의 고해상도 XPS 스펙트럼을 측정하고 그 결과를 그림 3에 나타내었습니다. 그림 3a에서 C 1 의 XPS 스펙트럼은 결합을 통해 두 개의 강한 피크에 맞출 수 있습니다. 약 284.8eV 및 288.2eV의 에너지는 각각 CC 및 N=CN에 할당됩니다[37]. 두 개의 피크는 g-C3의 탄소 종의 특성입니다. N4 . 286.7 eV 및 287.7 eV에서 두 개의 작은 피크도 얻어지며, 이는 각각 GO 표면의 C-O 및 C=O 작용기에 속합니다[38]. 그림 3(b)에서 C-N-C, N-(C)3의 특징적인 피크 , 및 g-C3의 C-N-H 그룹 N4 각각 398.7, 400.3 및 401.4 eV의 결합 에너지에 위치하는 것으로 검출되었습니다[39]. 그림 3(c)에서 O 1 s의 banding 에너지는 532.4 및 533.8 eV에서 발견되며, 이는 복합 시료의 산소 함유 작용기와 산소 종의 표면 흡착에 각각 할당됩니다[40]. 그림 3(d)는 Pt 4f 이중선(4f7/2 및 4f5/2 ). Pt 4f7/2 및 4f5/2 피크는 g-C3의 경우 70.97 및 74.28eV에 있습니다. N4 /Pt/GO-0.5% 샘플, 각각 Pt 0 의 신호를 나타냅니다. [41, 42]. g-C3의 경우 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플에서 Pt 4f의 궤도 결합 에너지는 순수한 Pt에 비해 약 0.42eV의 높은 결합 에너지로 이동합니다. 명백한 피크 이동은 Pt 전자가 약간의 손실임을 시사하며, 이는 PtNi 합금 조촉매가 g-C3에서 형성됨을 나타냅니다. N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. 그림 3e에서 볼 수 있듯이 852.54 및 870.18 eV의 결합 에너지는 Ni 2p3/2에 할당될 수 있습니다. 및 Ni 2p1/2 g-C3용 N4 /Ni/GO-2% 샘플, 각각 Ni 0 의 특성화 신호 [43]. g-C3와 비교 N4 /Ni/GO-2%, Ni 2p의 결합 에너지는 g-C3에 대해 낮은 결합 에너지로 이동했습니다. N4 /PtNi/GO-2% 샘플. 결과는 Ni 원자 주변 환경의 변화가 발생함을 시사하며, 이는 PtNi 합금 조촉매가 성공적으로 합성되었음을 추가로 확인시켜준다[41]. g-C3에서 Ni에 대한 Pt의 정확한 몰 비율 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플은 XPS 측정을 통해 9:11입니다. 위의 분석을 바탕으로 g-C3 N4 PtNi 합금을 조촉매로 하는 /PtNi/GO 합성물은 손쉬운 액상 음파화학법과 화학적 환원법을 결합하여 얻었다.
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(a의 XPS 스펙트럼 ) C 1 s, (b ) N 1 s 및 (c ) g-C3의 경우 O 1 s N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. d g-C3에 대한 Pt 4f의 XPS 스펙트럼 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. 이 g-C3에 대한 Ni 2p의 XPS 스펙트럼 N4 /Ni/GO-2% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-2% 샘플
그림 4는 H2를 보여줍니다. g-C3 시리즈의 진화 속도 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플에는 다른 유형의 조촉매가 포함되어 있습니다. Pt 및 Ni 이름을 g-C3로 동시에 로드 N4 /PtNi/GO-0.5%; Pt와 Ni 이름을 g-C3로 로드 N4 /Pt-Ni/GO-0.5%; Ni 및 Pt 이름을 g-C3로 로드 N4 /Ni-Pt/GO-0.5%. 에오신 Y감작 g-C3용 N4 /Ni/GO-0.5% 샘플, 순수한 Ni를 조촉매로 사용, H2 진화 속도는 매우 낮고 0.005mmol g −1 에 불과합니다. h −1 . Ni를 조촉매로 Pt로 대체한 후 H2의 상당한 증가 진화 속도가 관찰되어 3.82mmol g −1 로 급격히 증가합니다. h −1 Eosin Y-sensitized g-C3용 N4 /Pt/GO-0.5% 샘플. 결과는 H2에 대한 우수한 성능을 달성하기 위해 효율적인 Pt 조촉매를 로딩하는 것이 필요함을 시사합니다. 세대. PtNi 합금을 조촉매로 사용하면 Eosin Y-sensitized g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 합성물은 가장 높은 H2를 나타냅니다. 5.89mmol g −1 의 진화 속도 h −1 , 이는 Eosin Y-sensitized g-C3보다 약 1.54 및 1178배 높습니다. N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /Ni/GO-0.5% 샘플, 각각. 향상된 성능은 Pt와 Ni 사이의 긍정적인 시너지 효과에 기인할 수 있습니다. 순수한 Pt 조촉매와 비교하여 PtNi 합금 조촉매는 광발생 전자의 축적을 가속화하여 수소 발생에 더 많은 전자를 제공합니다[18]. 또한, PtNi 합금 조촉매의 작은 크기와 높은 분산은 더 많은 H2를 제공할 수 있습니다. 진화 사이트 및 전자 전달을 각각 향상시킵니다. Pt를 로드한 다음 Ni를 로드하거나 그 반대로 로드하면 H2의 명백한 감소 진화 활동이 관찰된다. 사실, Pt를 로딩한 다음 Ni를 로딩하거나 그 반대로 로딩하면 PtNi 합금 조촉매가 형성되지 않습니다[44]. 결과는 높은 H2를 달성했음을 나타냅니다. 생성 속도는 효율적인 PtNi 합금 조촉매 사용에 크게 의존합니다.
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H2 g-C3 시리즈의 진화 속도 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플에는 다른 유형의 조촉매가 포함되어 있습니다. 광원:300W 크세논 램프(λ> 420nm). 반응 용액:100mL 20%(v /v) TEOA 수용액(pH =7)
PtNi 합금 조촉매의 조성은 H2의 촉매 활성에 중요한 영향을 미칩니다. 진화. 따라서 H2 Eosin Y-sensitized g-C3 생산율 N4 /Ptx 니y Pt/Ni 몰비가 다른 /GO-0.5% 샘플이 조사되었으며 그 결과가 그림 5a에 나와 있습니다. H2 생산 속도는 Ni/Pt 몰 비율이 증가함에 따라 점진적으로 증가합니다. Ni/Pt의 몰비가 1:1일 때 가장 높은 수소 생산율은 5.89mmol g -1 h −1 얻어진다. Ni의 양을 더 늘리면 H2가 감소합니다. 진화 활동. H2의 저하 생성 성능은 H2에 대한 Pt 활성 사이트의 감소 수에서 올 수 있습니다. 진화. Pt 활성 자리는 Ni보다 더 강한 수소 이온 흡착을 갖는다[12]. 따라서 H2 진화는 Ni 대신 Pt에서 우선적으로 발생합니다. 그림 5b는 H2를 보여줍니다. Eosin Y-sensitized g-C3 생산율 N4 /PtNi/GO 샘플에는 다양한 양의 PtNi 합금 조촉매가 로드되어 있습니다. PtNi 합금 조촉매의 중량 함량이 0.5%일 때, 수소 발생율은 2.45mmol g -1 h −1 g-C3에 대해 얻습니다. N4 /PtNi/GO-0.25% 샘플. 수소 발생 속도는 2.45mmol g −1 에서 증가합니다. h −1 최대값 5.89mmol g −1 h −1 0.5%까지 PtNi 합금 조촉매의 양 후에. PtNi 합금 조촉매의 양을 더 늘리면 수소 발생 성능이 약간 감소합니다. 과도한 PtNi 합금 조촉매는 Eosin Y 및 g-C3의 광 흡수를 방해할 수 있습니다. N4 따라서 광촉매 성능이 저하됩니다. g-C3에 대한 수소 발생 안정성 N4 /PtNi/GO-0.5% 시료도 측정하여 그 결과를 Fig. 6에 나타내었다. 4-cycle 시험 후 g-C3에 대한 수소 발생율 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플은 약간의 감소를 보여 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 복합 샘플은 수소 발생에 대해 상대적으로 안정성이 있습니다. C3의 탄소와 질화물 사이의 강한 공유 결합 N4 그리고 Eosin Y의 약한 분해는 g-C3의 수소 발생 안정성에 대한 두 가지 주요 이유입니다. N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플 [19, 45].
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아 H2 g-C3 생산량 N4 /Ptx 니y /GO-0.5% 샘플은 다른 Pt/Ni 몰 비율로 로드됩니다. ㄴ H2 g-C3 생산량 N4 /PtNi/GO 샘플에는 다양한 양의 PtNi 합금 조촉매가 로드되어 있습니다. 광원:300W 크세논 램프(λ> 420nm). 반응 용액:100mL 20%(v /v ) TEOA 수용액(pH =7)
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순환 H2 g-C3 제작 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. 광원:300W 크세논 램프(λ> 420 nm), 반응 용액:100 mL 20%(v/v) TEOA 수용액(pH =7), 광촉매, 50 mg, 에오신 Y 대 광촉매의 중량비는 1 :1
g-C3의 향상된 광촉매 성능에 대한 메커니즘을 조사하기 위해 N4 PtNi 합금을 조촉매로 하는 /PtNi/GO 샘플을 사용하여 광 흡수와 전하 분리 효율의 두 가지 가능한 이유를 평가했습니다. 그림 7은 g-C3의 UV-Vis 확산 반사 스펙트럼을 보여줍니다. N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. 세 가지 다른 샘플은 금속 조촉매에서 나온 약 450nm 이후에 명백한 흡수를 나타냅니다[18]. g-C3 N4 순수한 Ni를 조촉매로 하는 /Ni/GO-0.5% 샘플은 약 450nm 이후에 가장 강한 흡수를 나타냅니다. 그러나 H2 g-C3의 진화율 N4 /Ni/GO-0.5% 샘플이 가장 낮습니다. 결과는 개선된 H2 진화 성능은 향상된 빛 흡수에서 오는 것이 아닙니다.
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g-C3의 UV-Vis 확산 반사 스펙트럼 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플
전하 분리 효율은 광발광(PL) 소광 스펙트럼에 의해 특징지어질 수 있습니다[46, 47]. 일반적으로 PL 스펙트럼의 강한 강도는 심각한 전하 캐리어 재조합을 나타냅니다. 그림 8a는 g-C3에 의한 Eosin Y의 광발광(PL) 소광 스펙트럼을 보여줍니다. N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플. 광촉매가 없는 Eosin Y 용액만이 Eosin Y의 conjugate xanthene 구조와 여기된 Eosin Y에서 광생성된 전자-정공 쌍의 강력한 재결합 능력으로 인해 약 540 nm에서 광범위한 방출 피크를 나타냅니다. 다른 유형의 광촉매를 첨가한 후 명백한 형광 소광이 관찰됩니다. 에오신 Y 솔루션. 형광 소광은 전자가 여기된 Eosin Y에서 광촉매로 이동한 다음 양성자 환원을 위해 조촉매로 이동함을 시사합니다. 또한 세 가지 다른 평가된 복합 광촉매에 대한 PL 소광 스펙트럼의 작은 청색 이동(약 1.3nm)이 있는데, 이는 Eosin Y, gC33 사이의 비공유 π-π 적층 상호작용에 기인할 수 있습니다. 하위> N4 그리고 GO[48]. g-C3의 PL 담금질 스펙트럼 N4 /Pt/GO-0.5% 샘플은 g-C3보다 낮은 중간 강도를 나타냅니다. N4 /Ni/GO-0.5% 샘플. 중요한 것은 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플은 가장 낮은 형광 강도를 나타내며, 이는 PtNi 합금 조촉매가 순수한 Pt 또는 Ni보다 전하 분리 효율을 향상시키는 데 가장 효율적인 조촉매임을 의미합니다. 결과는 H2 진화 활동과 일치합니다(그림 4 참조). 전하 이동 과정을 추가로 확인하기 위해 g-C3의 과도 광전류 응답 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플을 측정하였고 그 결과를 Fig. 8b에 나타내었다. g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플은 가시광선 조사(λ> 420 nm)에서 가장 높은 광전류 응답을 나타내며, 이는 전하 분리 효율을 개선하기 위해 PtNi 합금 조촉매를 사용하는 것이 필수적임을 추가로 확인합니다. 이상의 결과를 바탕으로 Eosin Y-sensitized g-C3에 대한 개선된 H2 진화 활성 N4 /PtNi/GO-0.5% 합성물은 향상된 전하 분리 효율에 기인합니다.
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아 g-C3에 의한 광발광(PL) 켄칭 스펙트럼 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플, 20%(v/v) TEOA 수용액(pH =7). Eosin Y 솔루션:0.01mM(b ) g-C3의 일시적인 광전류 응답 N4 /Ni/GO-0.5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 샘플
위의 결과와 메커니즘 분석에 따라 H2를 이해하기 위한 개략도를 제안합니다. Eosin Y-sensitized g-C3의 진화 과정 N4 /PtNi/GO 복합 샘플(그림 9). 가시광선 조사에서 여기된 Eosin Y의 LUMO에서 광생성된 전자는 g-C3로 이동합니다. N4 및/또는 GO, 그 다음 양성자 환원을 위한 PtNi 합금 조촉매로. 한편, g-C3의 CB에 있는 광여기된 전자는 N4 또한 H2용 PtNi 합금 조촉매로 흐릅니다. 진화 반응. 동시에 광 생성된 정공 또는 산화된 Eosin Y 염료는 TEOA 희생제를 직접 산화시킵니다.
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H2의 개략도 Eosin Y-sensitized g-C3의 진화 과정 N4 가시광선 조사에서 /PtNi/GO 복합 샘플
삼항 g-C3 N4 /PtNi/GO 합성물은 손쉬운 액상 초음파 화학적 방법과 화학적 환원 방법을 결합하여 합성되었습니다. 에오신 Y감작 g-C3 N4 /PtNi/GO-0.5% 합성물은 5.89mmol g −1 의 가장 높은 수소 발생률을 나타냅니다. h −1 , 이는 Eosin Y-sensitized g-C3보다 약 1.54 및 1178배 높습니다. N4 /Pt/GO-0.5% 및 g-C3 N4 /Ni/GO-0.5% 샘플, 각각. 향상된 광촉매 활성은 Pt와 Ni 사이의 긍정적 시너지 효과와 더 많은 반응성 부위에 기인할 수 있으며, 이는 효율적인 광여기된 전자-정공 쌍 분리로 이어진다. 이 연구는 PtNi 합금이 광촉매 수소 발생을 위한 경제적이고 효율적인 조촉매로 사용될 수 있음을 보여줍니다.
나노물질
초록 MoSe2 결합 다른 전이 금속 디칼코게나이드와 함께 하이브리드 나노구조를 형성하는 것은 수소 발생 반응(HER)에 대한 전기 촉매 활성을 향상시키는 효과적인 경로입니다. 이 연구에서 MoSe2 -Ni3 Se4 꽃과 같은 형태를 가진 하이브리드 나노전기촉매는 종자 유도 용액 접근법에 의해 합성됩니다. 별도의 나노결정을 형성하기 위해 독립적으로 핵을 형성하는 대신 Ni3 Se4 구성 요소는 MoSe2의 초박형 나노 플레이크 표면에서 핵 생성 및 성장하는 경향이 있습니다. 하이브리드 나노 구조를 형성합니다. 모스2 –Ni3 Se
초록 물 전기분해는 수소 발생 반응(HER)을 통해 수소 연료를 생산하는 지속 가능하고 깨끗한 방법입니다. 값비싼 귀금속을 대체하기 위해 HER에 대해 안정적이고 효과적이며 저렴한 전기 촉매를 사용하는 것이 매우 바람직합니다. 본 논문에서는 제1원리 계산을 이용하여 HER용 2차원(2D) 전극촉매로 결함 및 N-, S-, P-도핑된 펜타-그래핀(PG), 안정성, 전자적 특성 및 특성을 설계하였다. 촉매 성능을 조사했습니다. 깁스 자유 에너지(ΔG H ), HER에 대한 최상의 기술어가 계산되고 최적화되었으며, 계산 결과는 ΔG H
