曙红染料敏化石墨烯光催化材料的绿色制备及性能

曙红染料敏化石墨烯光催化材料的绿色制备及性能曙红染料敏化石墨烯光催化材料的绿色制备及性能 曙红染料敏化石墨烯光催化材料的绿色制备及性能面对日益增长的 能源需求 光解水制氢引起广泛的关注 而建立稳定 高效 低廉的 多相光催化分解水制氢是当今面临的一个巨大挑战 石墨烯 graphene 由sp2杂化C组成的单原子层 具有巨大的比表面 积 优异的电子传输能力和稳定的化学性能等 可以作为其他半导体 的载体和敏化剂 同时也可以作为主催化剂和助催化剂等 因此石墨 烯成为光催化研究的热点 传统的机械剥离石墨或者化学气相沉积的方法制备石墨烯 得到的石 墨烯结构完整 性能优异 但是并不适用于光催化领域 用化学方法氧化石墨 超声剥离后得到氧化石墨烯 GO 再用一定 的还原方法制备还原氧化石墨烯 RGO 由于原料易得 对设备要求 低 成本可控 是目前大规模生产石墨烯的重要方法 得到的RGO不但保留了石墨的本征结构 使其具有良好的导电性 而且 表面含有一定的含氧官能团 有利于RGO的分散和其他半导体及助催 化剂的复合 化学还原GO是目前大规模生产RGO和RGO复合物的重要方法 然而得到 的RGO堆垛严重 分散性差 比表面低 使用大量的化学有毒试剂对人 体和环境造成伤害 因此我们选用绿色改进的方法还原GO制备石墨烯 用于染料敏化可见 光制氢 在此基础上 为了替代贵金属Pt 用GO和NiCl2为原材料合成了层状及 孔状的RGO Ni复合物 并用于电催化及染料敏化可见光制氢 本文工作主要由以下四部分组成 一 采用绿色的光还原GO的方 法制备了性能可控的高分散性的RGO分散液 该RGO具有超高分散性 良好的导电性 用曙红EY为敏化剂 Pt作为助 催化剂 具有高效的染料敏化可见光催化活性 在最佳优化条件下 染料敏化可见光催化活性的最大表观量子效率AQ Y在可见光范围内 420nm 达到12 9 在520nm单色光照射下高 达23 4 二 为了保持石墨烯的性能和避免RGO的大量堆积 通过2维石墨 烯来制备3维多孔结构的石墨烯海绵体被认为是一个很有前景的方法 采用绿色快速热处理 250oC下 氮气气氛中 GO的新方法得到大孔 结构 孔结构尺寸在5 200nm 比表面积大 404m2g 1 导电性高的石墨烯海绵体 用EY敏化此石墨烯海绵体 Pt作为助催化剂 此石墨烯海绵体具有更 高效的染料敏化析氢活性 最高AQY在420nm达到75 0 远远高出由传 统的化学还原GO得到的石墨烯 也是目前文献报道的最好结果之一 三 为了替代贵金属Pt 非常有必要制备廉价性能优异的助催化 剂用于电催化及光催化制氢 通过绿色的热还原在N2 H2混合气下500oC煅烧GO NiCl2混合物来合 成 三明治 夹心结构的RGO Ni GN 复合物 结果显示比单独的RGO和金属Ni具有都高的电催化和染料敏化光催化 析氢活性 表现为优异的协同效应 在最佳优化条件下 染料敏化可见光光催化析氢的最佳AQY在470nm处 达到30 3 四 为了提高反应物H2O的扩散 用GO溶胶作为原材料 绿色合成 了新颖的多孔Ni RGO复合物 PNG 中空Ni纳米颗粒负载在石墨烯海绵体的结构上 并具有高效的电化学 和染料敏化可见光制氢活性 表现为优异的协同效应 该PNG复合物比GN复合物具有更加高效的电催化和染料敏化可见光制