ChemSusChem:通过超临界 CO2 在反相微乳液系统中一锅法合成WO3/g-C3N4 光催化剂

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由于使用化石燃料所引发的能源危机和环境污染问题,可持续和高效能源引起了全世界的极大关注。为了解决目前的问题,通过半导体光催化剂将太阳能从水中转化为氢被认为是最有前途的方法之一。研究人员们探索了许多半导体光催化剂,来提高水裂解过程中产氢的催化活性。其中,石墨氮化碳(g-C3N4)作为一种典型的无毒聚合物半导体光催化剂,因其具有合适的带隙、良好的化学、热稳定性和制备简单等优点被广泛研究。但是纯g-C3N4由于光催化析氢反应(HER)中光利用不足和载流子的快速重组导致催化活性较低。所以构建异质结是一种很有效的方法,可以通过结合两种合适带隙的半导体材料来扩大光响应范围,同时加速载流子的分离和转移。到目前为止,许多半导体光催化剂已与g-C3N4结合形成异质结,包括金属氧化物、有机半导体和金属硫族化合物,以提高对水分解的光催化性能。


作者开发了一种简单、高效、环保的方法。在由超临界二氧化碳(scSO2)调节的油包水反向微乳液系统中,一锅法制备了2D/2D WO3/ g-C3N4异质结光催化剂。scCO2可以诱导溶液发生相反转,随着scCO2压力的增加,在排斥力驱动下,表面活性剂的曲率发生转变,同时CO2分子具有插层作用,两者共同作用下成功将块状g-C3N4和WO3剥离成少层甚至单层二维纳米片,更重要的是,二氧化碳溶解到水中引起的酸性环境可以使得少层g-C3N4和WO3纳米片带相反的电荷,从而通过它们之间的强静电吸引形成稳定的2D/2D WO3/ g-C3N4异质结。异质结的紧密结合提高了光催化活性,析氢速率为688.51 μmol g−1h−1,是块状g-C3N4的16倍以上。该文章清楚地揭示了整个合成过程,分别讨论了样品的剥离和异质结两种过程的合成机理。文章首次利用scCO2在一锅溶液中制备了2D/2D异质结,并为设计新的二维异质结作为促进水分裂的光催化剂提供了启示。



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文信息

One-Pot Synthesis of 2D-2D WO3/ g-C3N4 Photocatalyst in Reverse Microemulsion System via Supercritical CO2 for Enhanced Hydrogen Generation

Shaoru Tang, Yanan Ma, Haimeng Wang, Yuxuan Liang, Xiaoyang Xu, Dingyu Zhang, Beiming Cao, Qian Wang, Prof. Wei Li


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202202184




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