碳摻雜TiO2改性g-C3N4的合理設計及其優異制氫穩定

　　由于其較強的可見光吸收能力和較窄的帶隙(2.7 eV)，g-C3N4擁有良好的分解水制氫催化活性。此外，不同于金屬催化劑，g-C3N4具有熱穩定性高、無毒環保、制備成本低等優越的性能，有望在能源和環境領域得到實際應用。但在g-C3N4光催化反應過程中，光生電子-空穴對的快速復合阻礙了催化活性的進一步提升。因此到目前為止，已有大量工作致力于解決該問題。例如，將g-C3N4與其他半導體材料復合形成異質結，可有效提高光吸收以及阻止電子-空穴對復合，進而提升其光催化活性。

　　【成果簡介】

　　近日，燕山大學劉日平教授、張新宇教授和泰國朱拉隆功大學秦家千研究員(共同通訊作者)等報道了一種具有較窄帶隙以及較長載流子壽命的微量碳摻雜TiO2改性g-C3N4(C-TiO2/g-C3N4) ，并在Nano Energy上發表了題為“Rational design of carbon-doped TiO2 modified g-C3N4 via in-situ heat treatment for drastically improved photocatalytic hydrogen with excellent photostability”的研究論文。上述異質結光催化劑可通過簡單的熱處理法合成。光生載流子分離增強以及較窄的帶隙使得光催化活性有所提升，在三乙醇胺溶液中5 h和64h內氫氣產生量分別為5.728 mmol/g和52.395 mmol/g。420 nm處C-TiO2/g-C3N4的表觀量子效率約為6.2%，是原始g-C3N4(2.6%)的2.4倍。由于其優越的光催化性能和較強的光穩定性，該光催化劑有望在光能轉換和環境修復等領域得到實際應用。

　　【小結】

　　通過熱處理均勻混合的TiC和尿素，研究人員制備了C-TiO2/g-C3N4異質結光催化劑。相比原始的CN和TiC前體，C-TiO2/g-C3N4具有優越的光催化活性，在15 h的光穩定性循環試驗表現良好。420 nm處C-TiO2/g-C3N4的表觀量子效率約為6.2%，是原始g-C3N4(2.6%)的2.4倍。C-TiO2/g-C3N4光催化活性的提升歸因于光生電子空穴對的復合幾率降低以及窄帶隙所致的光吸收能力增強。由于其優越的光催化性能和較強的光穩定性，該光催化劑有望在光能轉換和環境修復等領域得到實際應用。

　　文獻鏈接：Yang C, Qin J, Xue Z, et al. Rational design of carbon-doped TiO2 modified gC3N4 via in-situ heat treatment for drastically improved photocatalytic hydrogen with excellent photostability[J]. Nano Energy, 2017.