Page 108 - 精细化工2019年第12期

·2436· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

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为 Fe /Fe 的还原电位低于 g-C 3 N 4 的导带电位，Fe 增 加了催化剂的能带间隙（g-C 3 N 4 的 2.69 eV 至
的掺杂可以有效捕获光生载流子，抑制电子-空穴对 Fe-g-C 3 N 4 的 2.72 eV），但其光电子激发所需能量仍
的复合，提高量子效率 [20] 。当催化剂进一步与 MoS 2 然在可见光能量范围内；同时催化剂掺杂 Fe 元素之
复合之后，其在 490 nm 附近的发射峰强度明显变 后呈现多孔结构，大幅增加催化剂的比表面积（由
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弱，说明异质结的构建可以有效降低催化剂光生电 g-C 3 N 4 的 12 m /g 增至 Fe-g-C 3 N 4 的 132.2 m /g），使
子-空穴的复合率，解决了光催化过程中光生电子- 得更多的活性位点参与反应，增加了催化剂的光催
空穴对分离效率低的难题，提高了催化剂在可见光 化活性。当掺杂 Fe 的催化剂（Fe-g-C 3 N 4 ）进一步
范围内的光催化效率。 与 MoS 2 复合之后，其产氢速率大幅增至 48.2
2.7 催化剂光电流-时间性质分析 μmol/h，为 g-C 3 N 4 的 5.48 倍。MoS 2 的复合虽然使
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为了进一步监测催化剂中光生电荷的产生以及 催化剂比表面积从 Fe-g-C 3 N 4 的 132.2 m /g 微弱降
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分离效率，本文在可见光（λ> 400 nm）的照射下对 低至 MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 的 105.5 m /g，但是异质结的
催化剂进行了光电流随照射时间变化的实验，结果 构建大大增加了光生载流子与空穴的分离效率，单
如图 7 所示。 位比表面积产氢速率升高明显，进一步说明异质结
的构建可显著提高光解水产氢效率。

图 7 (a) g-C 3 N 4 、(b) 3% Fe-g-C 3 N 4 和(c) 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4

的光电流-时间曲线 图 8 不同催化剂的产氢量-时间曲线
Fig. 7 Current density-time curves (a) g-C 3 N 4 , (b) 3% Fe- Fig. 8 H 2 evaluation-time curves of different samples
g-C 3 N 4 and (c) 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4

由图 7 可知，纯 g-C 3 N 4 的光电流密度非常小，
说明其光生电子和空穴的产生和分离效率较低，这
是纯 g-C 3 N 4 的固有缺点。掺杂 Fe 之后的催化剂光
电流密度大幅增加。一方面是由于 Fe 的掺杂可以有
效捕获光生载流子，抑制电子-空穴对的复合 [20] ；另
一方面 Fe 的掺杂使催化剂表面存在少量缺陷位，少
量的表面缺陷可以捕获光生载流子，减少了光生电
子与空穴的复合。但缺陷位不宜过多，过多的缺陷

位有可能被当作光生电子与空穴复合中心，影响光
催化效率。催化剂与 MoS 2 复合之后，光电流密度 图 9 (a)MoS 2 、(b)g-C 3 N 4 、(c)3%Fe-g-C 3 N 4 和(d)3%MoS 2 /
Fe-g-C 3 N 4 的产氢速率
进一步增加，说明异质结的构建是抑制光生电子和
Fig. 9 Rate of H 2 production (a) MoS 2 , (b) g-C 3 N 4 , (c) 3%
空穴复合的有效策略，这与前文荧光光谱表征结果 Fe-g-C 3 N 4 and (d) 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4
一致。
2.8 催化剂产氢活性分析 为了检测催化剂的稳定性，作者对最优产氢性
不同催化剂以及纯 MoS 2 的产氢量-时间曲线以 能催化剂 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 进行了 3 次循化实验，
结果如图 10 所示。由图 10 可知，经过 3 次循环实
及产氢速率如图 8、9 所示。由图 8、9 可知，纯 MoS 2
产氢活性非常低，仅为 1.7 μmol/h，纯 g-C 3 N 4 的产 验之后催化剂活性没有明显降低，仅从首次使用时
氢活性也只有 8.8 μmol/h，掺杂 Fe 之后的催化剂产 的 48.2 μmol/h 略微降低至 44.6 μmol/h，证明采用本
文 制备方 法可 以构建 稳固 的异质 结结 构， 使
氢速率从纯 g-C 3 N 4 的 8.8 μmol/h 增加到 Fe-g-C 3 N 4
的 27.9 μmol/h。前文分析可知，Fe 的掺杂虽然略微 MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 催化剂具有良好的稳定性。