ZnIn2S4/g-C3N4复合材料的制备及可见光催化制氢性能

doi:10.7503/cjcu20210365

摘要/Abstract

摘要：

采用水热方法制备了ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合材料, 并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光谱(PL)等手段对其结构和性能进行表征. 结果表明, 当ZnIn₂S₄的负载量为20%(质量分数)时, 复合材料表现出最佳的光催化制氢性能, 制氢速率可达到637.08 μmol·g^-1·h^-1, 分别为纯ZnIn₂S₄和纯g-C₃N₄的4倍和37倍. 其原因在于ZnIn₂S₄和g-C₃N₄之间具有紧密的异质结结构, 两者有效的结合改善了组分的能带匹配和界面电荷转移, 从而大幅增强了载流子的分离和迁移, 进而提高光催化的性能.

关键词: 光催化制氢, 石墨相氮化碳, 硫代铟酸锌

Abstract:

ZnIn₂S₄/g-C₃N₄ composites were prepared by a simple hydrothermal method and characterized by means of X-ray diffraction（XRD）， Fourier transforms infrared spectroscopy（FTIR）， UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy（UV-Vis DRS）， transmission electron microscopy（TEM）， and fluorescence spectroscopy（PL）. The results show that when the loading capacity of ZnIn₂S₄ is 20%（mass fraction）， the composite shows the best performance of photocatalytic hydrogen production， and the rate of hydrogen production can reach 637.08 μmol ·g^-1·h^-1， which is 4 times and 37 times of pure ZnIn₂S₄ and pure g-C₃N₄， respectively. The reason is that ZnIn₂S₄/g-C₃N₄has a tight heterojunction interface， which improves the energy band matching and interfacial charge transfer of the components， thus effectively enhancing the separation and transport of charge carriers， and improving the photocatalytic performance.

Key words: Photocatalytic hydrogen evolution, g-C₃N₄, ZnIn₂S₄

中图分类号:

O644

TrendMD:

孙亚光, 张含烟, 明涛, 徐宝彤, 高雨, 丁茯, 徐振和. ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合材料的制备及可见光催化制氢性能. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3160.

SUN Yaguang, ZHANG Hanyan, MING Tao, XU Baotong, GAO Yu, DING Fu, XU Zhenhe. Synthesis of ZnIn₂S₄/g-C₃N₄Nanocomposites with Efficient Photocatalytic H₂ Generation Activity by a Simple Hydrothermal Method. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(10): 3160.

图/表 8

Scheme 1 Schematic illustration of the fabrication process of ZnIn2S4/g?C3N4 nanocomposites

Fig.1 XRD patterns of ZnIn2S4, g?C3N4 and different ZnIn2S4/g?C3N4 samples

Fig.2 TEM images of different samples at different magnification rates(A—C), HAADF?STEM image(D) and STEM?EDX mapping of C(E), N(F), Zn(G), In(H) and S(I) elements, EDS analysis(J) of 20% ZnIn2S4/g?C3N4（A） g-C3N4；（B， C） 20% ZnIn2S4/g-C3N4.

Fig.3 UV?Vis diffuse reflectance spectra of g?C3N4, ZnIn2S4 and different ZnIn2S4/g?C3N4 samples(A), the bandgap energy diagrams of g?C3N4(B) and ZnIn2S4(C)

Fig.4 FTIR spectra of ZnIn2S4, g?C3N4 and different ZnIn2S4/g?C3N4 samples

Fig.5 Transient photocurrent density responses under visible light irradiation(A) and EIS Nyquist plots(B) of g?C3N4, ZnIn2S4 and different ZnIn2S4/g?C3N4 samples, steady?state PL spectra of g?C3N4and 20% ZnIn2S4/g?C3N4(C)

Fig.6 PhotocatalyticH2evolutionofg?C3N4,ZnIn2S4,differentZnIn2S4/g?C3N4samples(A),photocatalyticH2 evolution rates of the samples under different ZnIn2S4 loading conditions(B), photocatalytic H2 evolution rate, under visible light irradiation over the 1 h reaction time with the 20% ZnIn2S4 /g?C3N4 sample(C)

Fig.7 Plausible charge transfer processes between g?C3N4 and ZnIn2S4

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ZnIn₂S₄/g-C₃N₄复合材料的制备及可见光催化制氢性能

Synthesis of ZnIn₂S₄/g-C₃N₄Nanocomposites with Efficient Photocatalytic H₂ Generation Activity by a Simple Hydrothermal Method

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