Page 59 - 《精细化工》2021年第11期
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第 11 期       王立志，等: g-C 3 N 4 在光催化制氢领域的研究进展：如何促进光吸收和载流子的分离传输                            ·2205·


            迁移，减缓了电子-空穴对的复合               [64] 。且超细纳米点         催 化 剂 的最佳 产氢 效率达 到 14.11  μmol/(h·g) ，
            在没有任何贵金属存在的情况下进行质子还原，从                             UiO-66/g-C 3 N 4 的作用机理如图 8 所示。
            而加速了表面反应的进行，提高了电导率                    [65] 。改性         紫罗兰分子能以良好的氧化状态存在，其还原
            g-C 3 N 4 催化剂的最佳 H 2 产生效率为 177.9 μmol/(h·g)。       电位很低，能形成稳定的阳离子，而且很容易被氧
            XU等  [66] 采用静电自组装的方法制备了Fe 3 O 2 /g-C 3 N 4 的       化还原为阴离子，因此，其可以作为氧化还原体系
            复合材料，二者之间形成异质结，界面处有利于电                             中的电子转移介质         [78] 。在此基础上，LIU 等       [75] 在
            荷的分离和转移。最佳 Fe 3 O 2 /g-C 3 N 4 的产氢效率为              g-C 3 N 4 分子间氢键的表面修饰了一个紫精 1,1'-双(4-
            398.0  μmol/(h·g)。同样是 Fe 元素，SHE 等       [67] 制备    羧酸苄基)-4,4'-联吡啶二氯化物，该复合材料能有效
            了 2D  α-Fe 2 O 3 /g-C 3 N 4 复合材料，XU 等 [68] 制备了     地通过分子间氢键转移光产生的电子，并通过促进
            LaFeO 3 /g-C 3 N 4 复合材料，这些复合材料都通过形成                电荷分离进一步加速反应。g-C 3 N 4 的产氢效率提高
            异质结促进了电子的转移和分离，最佳产氢效率均                             到 41.57 μmol/(h·g)。
            为传统 g-C 3 N 4 的 60 倍左右。
            2.2.5   其他半导体
                 YU 等 [69] 把 CeO 2 @Ni 4 S 3 负载于 g-C 3 N 4 上，提
            高了 g-C 3 N 4 的光催化性能。在整个催化过程中，
            CeO 2 @Ni 4 S 3 具有良好的电子接受能力，可以提供更
            多的活性物质，加快电子转移速率                 [70] 。因此，在提
            升光催化制氢活性方面，CeO 2 @Ni 4 S 3 材料具有很大

            潜力。CeO 2 @Ni 4 S 3 /g-C 3 N 4 复合材料在可见光下的析                                                [74]
            氢效率是传统 g-C 3 N 4 的 12 倍。LI 等      [71] 采用溶剂热             图 8  UiO-66/g-C 3 N 4 光催化机理示意图
                                                               Fig. 8    Schematic diagram of photocatalytic mechanism of
            法合成了不同 Ag/AgBr  含量的 g-C 3 N 4 /Ag/AgBr 异                 UiO-66/g-C 3 N 4 [74]
            相光催化剂，结果表明，二维 g-C 3 N 4 纳米片中引入
            Ag/AgBr 可以在其界面构建有效的 p-n 异质结体系，
                                                               3   结语与展望
            促进光致载流子的传导，从而显著提高二维 g-C 3 N 4
            纳米片的催化活性          [72] ，最佳产氢效率可达 47.84                 寻找清洁型能源来补足传统能源供应不足的缺
            μmol/(h·g)。                                        陷，一直是社会关注的问题。g-C 3 N 4 光催化分解水
                 虽然以上材料可以用来复合 g-C 3 N 4 ，但是同时                  制 H 2 无疑为解决这个问题提供了一个新的思路。但
            又各自存在以下缺点：CdS 作为硫化物光催化剂，
                                                               目前 g-C 3 N 4 在制氢领域仍有以下缺点：（1）g-C 3 N 4
            其带隙能很好地与 g-C 3 N 4 相匹配，但其在光腐蚀性、                    过大的带隙导致光吸收范围不足，无法产生足量的
            毒性方面还需改进；TiO 2 由于带隙过高，并不能有                         光生电子来制取 H 2 ；（2）光生电子与空穴在运输过
            效地吸收可见光，因此，大多数研究者会采用改性                             程中容易大量复合，无法与表面的水分子发生反应
            后的 TiO 2 与 g-C 3 N 4 进行复合，在加快电荷分离、电                制取 H 2 。针对这两个问题，目前的解决方法是：（1）
            荷传输的同时也增强了复合材料对可见光的吸收；                             增大比表面积以及减小 g-C 3 N 4 的带隙，增强光吸收，
            磷化镍以其低成本的优点被研究者视为可代替 Pt 的                          使材料产生更多的光生电子-空穴对；（2）构建异质
            非贵金属助催化剂，但从催化效率上来讲，Ni 2 P 距                        结，缩短材料的运输距离，促进光生电子的运输，
            离完全代替 Pt 还有很长一段距离。
                                                               减少光生电子与空穴的复合，使得更多的电子能与
            2.3   新型材料掺杂 g-C 3 N 4                              +
                                                               H 发生反应，产生 H 2 。结合本文内容与主题，作者
                 多壁碳纳米管（MWNTs）具有独特的电子结构                        认为未来 g-C 3 N 4 应往以下方向发展：（1）由于片状
            和强电子传导能力，制备的 MWNTs/TiO 2 复合材料
                                                               g-C 3 N 4 普遍比其他形貌的 g-C 3 N 4 具有更好的光析氢
            已被证明可以将其与半导体光催化剂复合，以寻求                             效果，因此，应加强片状 g-C 3 N 4 的开发利用；（2）
            更好的光催化性能         [73-75] 。GE 等 [73] 通过简易加热法
                                                               Ag、Pt 等贵金属有较好的促进电子运输的作用，但
            制备了 MWNTs/g-C 3 N 4 复合材料，MWNTs 的强电
                                                               从成本出发，应加强 Ni 2 P 为主的廉价非贵金属材料
            子捕获能力带来了更快的电子转移，提高了光催化                             的应用。
            性能  [76] 。可见光下，产氢效率达到 7.58  μmol/(h·g)。
            WANG 等   [74] 通过退火的方式将 UiO-66 与 g-C 3 N 4 耦        参考文献：
            合在一起，制成了 UiO-66/g-C 3 N 4 复合材料，退火工                 [1]   YE S, WANG  R, WU M  Z, et  al. A review on g-C 3N 4 for
                                                       [77]
            艺促进了界面处异质结的生成，加速了电荷的运输 ，                               photocatalytic water splitting and CO 2 reduction[J]. Applied Surface
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