N缺陷g-C₃N₅/CdS/Ti₃C₂异质结光催化剂的制备及高效去除NO性能 高等学校化学学报    2025, 46 (4): 20240488-.   DOI:10.7503/cjcu20240488

Fig.11 In⁃situ DRIFTS(A) and the reaction mechanism(B) of g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20% for photocatalytic NO removal

正文中引用本图/表的段落

利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱（in?situ DRIFTS）研究了g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%光催化转化NO的机理［图11（A）］. 测试前， 将样品在He气氛中于120 ℃预处理20 min以去除表面杂质. 冷却至室温后， 在黑暗条件下引入NO和O₂， 在20 min后达到吸附平衡， 其中双齿硝酸盐NO₃?、 桥接硝酸盐NO₃?和NO₂? 的特征峰分别位于1029 cm?1［30］， 1653 cm?1［29］和1455 cm?1［31］处； 位于2856和2924 cm?1［32］处的特征峰归属于NO₂， 表明NO被O₂缓慢氧化为NO₂； 位于1743 cm?1处的峰归属于N₂O₄［33］， 是由催化剂表面的部分NO₂螯合生成； 3749 cm?1处的特征峰归属于吸附H₂O的羟基［34］.

基于上述分析， 提出了g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%光催化去除NO可能的机理［图11（B）］. 在可见光照射下， 光生电子与空穴会分别在g-C₃N _x 和CdS中产生并发生分离. 鉴于g-C₃N _x 的导带位置比CdS更低， 所以在g-C₃N _x 中， 部分被激发产生的电子会先被氮空位所捕获， 而剩余的电子则会迁移至CdS的导带. 与此同时， 由于CdS和Ti₃C₂之间结合紧密， 并且Ti₃C₂具有较高的功函数， 可以接收复合体系中的光生电子， 因此， 光生电子能够从CdS迁移至Ti₃C₂. Ti₃C₂优异的导电性能可以有效地引导电子转移至溶解的O₂， 进而促使大量的?O₂? 产生. 随后， 一部分?O₂? 会在g-C₃N _x 的价带上与h?进一步发生反应， 被氧化生成1O₂. 此外， CdS的价带位置比g-C₃N _x 要高， 所以CdS价带处产生的h?会迁移至g-C₃N _x 的价带， 从而参与反应. 整个异质结体系通过上述过程， 能够有效地提升电子-空穴对的分离效率， 从而提高NO转化效率. 最终， ?O₂?、 1O₂以及h?共同作用， 将NO转化为硝酸盐和亚硝酸盐. 由于g-C₃N _x 的价带电位低于OH?/?OH的标准电位， 所以在该催化体系中无法产生?OH， 这与EPR以及捕获实验所得出的结论相符.

本文的其它图/表

• Fig.1  Removal rate of nitrogen monoxide(A) and generation rate of nitrogen dioxide of synthesized samples(B), comparison of catalytic performance of synthesized samples(C), photocatalytic cycle test(D) and generation rate of nitrogen dioxide in the cycling test(E) and comparison of cycling performance of synthesized samples(F)（C） a. g-C₃N _x； b. CdS； c. g-C₃N _x /CdS； d. g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-10%； e. g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%； f. g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-30%.（D）—（F） g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%.
• Fig.2  SEM image(A) and TEM images(B—F) of g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20%
• Fig.3  TEM image(A) and elemental mappings of Cd(B), N(C) and Ti(D) of g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20%
• Fig.4  XRD patterns of the synthesized catalysts
• Fig.5  XPS spectra of C_1s (A), N_1s (B), O_1s (C), S_2p (D), Cd_3d (E) and Ti_2p (F) of g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20%
• Fig.6  Nitrogen adsorption⁃desorption isotherms(A), pore diameter diagram(B), transient responses of photocurrent(C) and electrochemical impedance spectra(D) of the prepared catalysts
• Table 1  Texture properties of g-C₃N _x, CdS, g-C₃N _x /CdS and g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%
• Fig.7  FTIR spectra(A), UV⁃Vis DRS(B), fluorescence spectra(C) and TRPL decay plots(D) of g⁃C₃N _x, CdS and g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20%
• Table 2  Kinetics parameters of emission decay of g-C₃N _x, CdS and g-C₃N _x /CdS/Ti₃C₂-20%
• Fig.8  Band gap(A, C) and Mott⁃Schottky curves(B, D) of g⁃C₃N _x (A, B) and CdS(C, D)
• Fig.9  EPR spectra(A) and O₂⁃TPD plots of different samples(B), and capture experiment results(C), EPR spectra of ^•O₂^‒ (D), ¹O₂(E), ^•OH(F) of g⁃C₃N _x /CdS/Ti₃C₂⁃20%
• Fig.10  EPR spectra of ^•O₂^{‒ (A, D), 1O₂(B, E), •OH(C, F) of CdS(A—C) and g-C₃N _x (D—F)}