Page 109 - 精细化工2019年第12期

第 12 期 田少鹏，等: 构建 MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 异质结催化剂以促进其可见光催化产氢性能 ·2437·

合 MoS 2 的方法制备了具有多孔异质结结构的 MoS 2 /
Fe-g-C 3 N 4 半导体材料，并对其进行了光解水产氢性
能测试，结果发现，3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 催化剂性能
优异、稳定性好，其产氢量达到 48.2 μmol/h，为单体
g-C 3 N 4 的 5.48 倍。
（2）Fe 元素的掺杂使 g-C 3 N 4 结晶度大为降低，
并呈现一种交叉孔道结构，极大增加了催化剂比表
面积。同时，MoS 2 可以与 g-C 3 N 4 形成异质结结构，
提高了光生电子-空穴对的分离效率，从而有效提高

图 10 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 催化剂产氢循环实验 MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 光解水产氢的能力。
Fig. 10 Recycling experiment for the H 2 evaluation on 3% （3）推测了可能的产氢机理：在可见光下，被
MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 激发到 g-C 3 N 4 导带上的光生电子（e ）向电势更负
–

2.9 光催化机理分析 的 MoS 2 导带上移动，同时 MoS 2 价带上的空穴（h ）
+
对 MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 样品光催化制氢过程中电子 向 g-C 3 N 4 价带上移动，最终 MoS 2 导带上 e 将 H 还
+
–
传输路径以及光催化产氢机理作出如下推测，见图 原为 H 2 ，g-C 3 N 4 价带上 h 将牺牲剂 TEOA 转化为
+
11。如图 11 所示，Fe 的掺杂可使 g-C 3 N 4 呈现多孔 TEOA 。
+
结构，极大增加样品比表面积，并且可以使样品存 （4）具有高比表面积的超薄 g-C 3 N 4 纳米薄片在
在少量缺陷，促进光生载流子的分离；同时，MoS 2 光催化制氢气方面具有很大潜力，然而目前报道的
和 g-C 3 N 4 均对可见光有响应 [19,21-23] ，二者由于能带
g-C 3 N 4 纳米片的比表面积仍然远远低于理想单层
位置不同，可以形成异质结结构。在可见光光照条
2
g-C 3 N 4 的理论值(2500 m /g)。因此，增加比表面积
件下，两者均能产生光生电子-空穴对。由于 g-C 3 N 4 的策略研究潜力很大。
[21,24-25]
导带和价带的位置都略高于 MoS 2 ，所以一部
–
分被激发到 g-C 3 N 4 导带上的光生电子（e ）向电势 参考文献：
更负的 MoS 2 导带上移动，同时一部分 MoS 2 价带上 [1] Fujishima A, Honda K. Electrochemical photolysis of water at a
+
的空穴（h ）向 g-C 3 N 4 价带上移动，催化剂内部形 semiconductor electrode[J]. Nature, 1972, 238(7): 37-38.
[2] Wang Xinchen, Maeda Kazuhiko, Thomas Arne, et al. A metal-free
成的电势差加快了光生电子-空穴对的分离。最终 polymeric photocatalyst for hydrogen production from water under
+
–
+
MoS 2 导带上 e 将 H 还原为 H 2 ，g-C 3 N 4 价带上 h 将 visible light[J]. Nature Materials, 2009, 8(1): 76-82.
+
牺牲剂 TEOA 转化为 TEOA 。由此机理可知，元素 [3] Ye S, Wang R, Wu M Z, et al. A review on g-C 3N 4 for photocatalytic
water splitting and CO 2 reduction[J]. Applied Surface Science, 2015,
掺杂和异质结的构建可以有效地分离光生电子-空 358(A): 15-27.
穴对，极大促进样品光催化产氢性能。 [4] Wen J, Xie J, Chen X, et al. A review on g-C 3N 4-based photocatalysts[J].
Applied Surface Science, 2017, 391(B): 72-123.
[5] Fu J, Yu J, Jiang C, et al. g-C 3N 4-based heterostructured photocatalysts
N 4-based heterostructured photocatalysts[J]. Advanced Energy Materials,
2017, 8(3): 1701503.
[6] Cong Xianling (从宪玲), Ge Bo (葛博), Zhao Limin (赵利民), et al.
In-situ synthesis of iron/nickel co-doped g-C 3N 4 catalyst with
enhanced performance[J]. New Chemical Materials (化工新型材
料)，2018, 46(5): 56-59, 63.
[7] Lin Qingli (林清丽), Zhang Kefeng (张克峰). Preparation of
photocatalyst Ag/g-C 3N 4 and degradation of printing and dyeing
wastewater[J]. Textile Auxiliaries (印染助剂), 2018, 35(8): 1-4.
[8] Jin Ruirui (金瑞瑞),You Jiguang (游继光), Zhang Qian (张倩), et al.
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visible-light photocatalytic activity[J]. Acta Phys-Chim Sin (物理化
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[9] Liu Yong (刘勇), Li Jianghua (李江华) Li Zili (李子黎), et al.

Synthesis of ZnS/g-C 3N 4 compound catalyst and its photocatalytic
图 11 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 光催化产氢机理推测 properties under visible-light irradiation[J]. Journal of Synthetic
Fig. 11 Proposed mechanism of the photocatalytic H 2 Crystals (人工晶体学报)，2017, 46(11): 2164-2168, 2177.
evaluation on 3% MoS 2 /Fe-g-C 3 N 4 [10] Liu Youchang (刘优昌), Wang Liang (王亮). Preparation of p-n

heterojunction g-C 3N 4/BiOBr and its photocatalytic performance
3 结论 under visible light [J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology (燃
料化学学报), 2018, 46(9): 1146-1152.

（1）以 g-C 3 N 4 为基底，通过掺杂 Fe 元素，复 （下转第 2446 页）