Immobilisierung fotogenerierter Elektronen aus graphitischem Kohlenstoffnitrid für eine verbesserte Sichtbarkeit

Scientific Reports Band 6, Artikelnummer: 22808 (2016) Diesen Artikel zitieren

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Die Verringerung der Rekombinationswahrscheinlichkeit photogenerierter Elektronen und Löcher ist von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der photokatalytischen Fähigkeit von graphitischem Kohlenstoffnitrid (g-C3N4). Die am häufigsten verwendete Methode, dies zu erreichen, ist die Beschleunigung des Abgangs fotogenerierter Elektronen. Nach unserem besten Wissen gibt es keinen Bericht über die Unterdrückung der Rekombination von photogenerierten Elektron-Loch-Paaren durch Immobilisierung der Elektronen mit funktionellen Estergruppen. Hier wurde zum ersten Mal das mesoporöse g-C3N4 (mpg-C3N4) mit Polymethylmethacrylat integriert, einem Polymer mit vielen Estergruppen, das unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht eine unerwartet höhere photokatalytische Aktivität als das ursprüngliche mpg-C3N4 zeigte. Experimentelle Beobachtungen und theoretische Berechnungen verdeutlichten, dass die beeindruckende photokatalytische Fähigkeit des modifizierten mpg-C3N4 hauptsächlich auf der Immobilisierung photogenerierter Elektronen über einen elektronenbindenden Effekt beruht, der durch die Estergruppen im Polymethylmethacrylat verursacht wird. Diese neuartige Strategie könnte auch zur Verbesserung der photokatalytischen Leistung anderer Halbleiter eingesetzt werden.

In jüngster Zeit hat graphitisches Kohlenstoffnitrid (g-C3N4), ein metallfreier Halbleiter, große Aufmerksamkeit erhalten und entwickelt sich als Katalysator in vielen Bereichen schnell zu einem aufstrebenden Stern1,2,3,4. g-C3N4 besteht aus Kohlenstoff und Stickstoff und verfügt über ein einzigartiges Gerüst aus Tri-s-triazin, das durch tertiäre Amine verbunden ist, was es zu einem vielversprechenden Photokatalysator mit mittlerer Bandlücke, überlegener chemischer und thermischer Stabilität und attraktiven photoelektrischen Eigenschaften macht3. Trotz dieser Vorteile ist die photokatalytische Aktivität von g-C3N4 immer noch nicht konkurrenzfähig, was im Wesentlichen auf die geringe Trenneffizienz der photogenerierten Elektron-Loch-Paare und die begrenzte Nutzung von sichtbarem Licht zurückzuführen ist5,6. Daher könnte die Modifizierung von g-C3N4 seine photokatalytische Aktivität im sichtbaren Licht verbessern und den Zugang zu seinen inhärenten Vorteilen ermöglichen.

Bisher wurden zahlreiche Protokolle angewendet, um die photokatalytische Leistung von g-C3N4 unter Beleuchtung mit sichtbarem Licht zu verbessern. Eine der Kernmethoden besteht darin, die Rekombinationswahrscheinlichkeit der photogenerierten Elektronen und Löcher durch eine effizientere Trennung zu verringern. Dementsprechend ist die Beschleunigung des Abgangs fotogenerierter Elektronen der am häufigsten verwendete Ansatz7,8,9,10,11,12. Wenn dagegen die Rekombination von photogenerierten Elektronen und Löchern durch Immobilisierung der Elektronen unterdrückt werden könnte, anstatt sie wegzutreiben, würde sich auch die photokatalytische Fähigkeit von g-C3N4 unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht verbessern. Diese vorgeschlagene Strategie ist unseres Wissens nach nicht in der Literatur dokumentiert. Die Immobilisierung von photogenerierten Elektronen aus g-C3N4 könnte über einen elektronenbindenden Effekt erreicht werden. Die Estergruppen in chemischen Verbindungen besitzen die Fähigkeit, Elektronen zu binden13. Wenn die photogenerierten Elektronen durch Estergruppen immobilisiert werden, sollte die photokatalytische Leistung von g-C3N4 verbessert werden.

Polymethylmethacrylat (PMMA) wird aufgrund seiner hervorragenden chemischen Stabilität, Transparenz und Biokompatibilität in vielen Bereichen häufig eingesetzt14. Das Kohlenstoffgerüst von PMMA besteht aus einem gesättigten CC-Rückgrat mit freien Estergruppen (Abb. S1)15. Dennoch kann PMMA aufgrund der reichlich vorhandenen Estergruppen und ihrer elektronenbindenden Wirkung leicht chemisch modifiziert werden und eine gute Affinität zu einigen Polymeren aufbauen, was es zu einem überlegenen Polymersubstrat macht15,16,17,18. Bisher gab es nach unserem besten Wissen keinen Bericht über die Verbesserung der Trenneffizienz photogenerierter Elektron-Loch-Paare aus g-C3N4-Halbleitern unter sichtbarem Licht durch die Immobilisierung photogenerierter Elektronen durch die Estergruppen in PMMA.

In dieser Arbeit wurde mesoporöses g-C3N4 (mpg-C3N4, der Einfachheit halber als MCN bezeichnet) durch mit Estergruppen angereichertes PMMA modifiziert, um eine bessere photokatalytische Fähigkeit unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zu erreichen. Der resultierende MCN/PMMA-Verbund (als PMCN bezeichnet) zeigte eine viel bessere photokatalytische Leistung beim Abbau eines organischen Farbstoffs als MCN. Experimentelle Beobachtungen zusammen mit theoretischen Berechnungen ergaben, dass diese Verbesserung der photokatalytischen Fähigkeit hauptsächlich auf die Immobilisierung photogenerierter Elektronen durch Estergruppen zurückzuführen ist, was zu einer geringeren Rekombinationswahrscheinlichkeit photogenerierter Elektron-Loch-Paare und einer besseren Nutzung des sichtbaren Lichts aufgrund einer engeren Verengung führte Bandabstand.

In dieser Arbeit wurde MCN durch PMMA über einen sonochemischen Prozess modifiziert und die morphologische Analyse dieser so hergestellten Photokatalysatoren wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) durchgeführt, wie in Abb. 1 dargestellt. Abbildung 1a zeigt die typische mesoporöse Struktur von MCN, deren Oberfläche aus winzigen kugelförmigen und ellipsoiden Partikeln bestand, die durch die Verwendung eines Siliziumtemplats während der Synthese von MCN19 entstanden sind. Beim Einbringen von PMMA in das MCN wurden signifikante Veränderungen im MCN festgestellt, obwohl PMMA nur einen geringen Anteil des Materials im PMCN ausmachte. PMMA war über der Oberfläche von MCN bedeckt und viele der kleinsten MCN-Partikel neigten zur Konglomeration (Abb. 1b). Dies lag daran, dass PMMA ein langkettiges Polymer ist und einige der MCN-Partikel miteinander verbunden waren, so dass sie wie kurze Stäbe aussahen, wobei PMMA als Polymerverbindung zwischen den Kohlenstoffnitridpartikeln fungierte (Abb. 1c). Die Wechselwirkung zwischen MCN und PMMA kann anhand der TEM-Bilder weiter verifiziert werden (Abb. 1 (d, e)). Es ist deutlich zu erkennen, dass MCN offenbar aus vielen gebrochenen Stücken bestand, während PMCN aufgrund der Verklebung des im Verbundwerkstoff verteilten PMMA in einer vollständigeren Form mit relativ glatten Kanten vorlag, was auf eine gute Wechselwirkung zwischen MCN und PMMA hinweist.

SEM-Bilder von (a) MCN und (b,c) PMCN und HRTEM-Bilder von (d) MCN und (e) PMCN.

Die chemischen Zustände der Komponentenelemente auf der Oberfläche aktueller Photokatalysatoren wurden aus den röntgenphotoelektronenspektroskopischen (XPS) Messungen ersichtlich. Das in Abb. 2a dargestellte Übersichtsspektrum von MCN zeigt, dass der Halbleiter aus Kohlenstoff, Stickstoff und einer begrenzten Menge an Sauerstoff bestand, die zwangsläufig an der Oberfläche absorbiert wurden, was durch die Bindungsenergiepeaks bei 284,5, 399,5 bzw. 532,5 eV belegt wird . Als PMMA in MCN implantiert wurde und so den PMCN-Verbundstoff bildete, wurde die Menge an Kohlenstoff und Sauerstoff deutlich höher als die des ursprünglichen Kohlenstoffnitrids (Abb. 2b), da PMMA nur aus C, O und H besteht. Abbildung 2c zeigt den Höchstwert Auflösung C 1 s Spektrum von PMCN und konnte mithilfe von vier Peaks angepasst werden. Der Peak bei 288,2 eV wurde als sp2-gebundener Kohlenstoff (N–C=N) identifiziert, dem Grundbaustein des Kohlenstoffnitrids20, während der Peak bei 288,8 eV dem Kohlenstoff aus den Estergruppen (O–) zugeordnet wurde. C=O) von PMMA. Die anderen CO-Spezies in PMCN ergaben einen weiteren Bindungsenergiepeak bei 286,2 eV21. Der bei 284,8 eV zentrierte Peak konnte CC-gebundenen Kohlenstoffen zugeordnet werden, was dem graphitischen Kohlenstoff von MCN und PMMA zugeschrieben wurde. Die in Abb. 2d gezeigte Entfaltung des O 1 s-Spektrums führte zu drei Peaks, die drei unterscheidbare Sauerstoffarten im Verbund darstellten. Der Peak bei 531,6 eV gehörte zum C=O der Estergruppen und der Peak bei 533,2 eV wurde von den C-O-gebundenen Kohlenstoffen22 abgeleitet, die beide vom PMMA stammen, was zeigt, dass sowohl MCN als auch PMMA im Endprodukt vorhanden sind Produkt. Ein weiterer kleiner Peak im Spektrum bei 534,6 eV wurde als chemisorbierter Sauerstoff identifiziert.

XPS-Spektren für (a) MCN und (b) PMCN, hohe Auflösung (c) C 1 s- und (d) O 1 s-Spektren von PMCN, angepasst an Multiplett-Peaks (die leeren Kreislinien stellen die Rohdaten dar und die roten durchgezogenen Linien sind). am besten an die Rohdaten angepasst).

Die Röntgenbeugungsmuster (XRD) von MCN und PMCN sind in Abb. S2 dargestellt. In den XRD-Profilen beider Proben wurden zwei starke Peaks bei etwa 13,1° und 27,3° beobachtet, die den (100)- bzw. (002)-Ebenen entsprechen. Der Beugungspeak bei 13,1° deutete auf ein typisches strukturelles Packungsmotiv in der Ebene hin, während der bei 27,3° auf die Zwischenschichtstapelung aromatischer Systeme zurückzuführen war23. Beim Vergleich der XRD-Muster von MCN und seinem Verbundwerkstoff wurden keine neuen Peaks identifiziert; Dies impliziert, dass es keine deutlichen Veränderungen in der Kristallstruktur von MCN gab und die Einführung von PMMA nur geringen Einfluss auf seine Zwischenschicht- und Ebenenstrukturen hatte.

Die Molekülstruktur von PMCN wurde durch Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) verifiziert und ist in Abb. 3 dargestellt. Die FTIR-Charakterisierung von PMMA und MCN wurde als Referenz aufgenommen. Bei 1743 und 1199 cm−1 wurden zwei Peaks aufgrund der Anwesenheit von PMMA beobachtet, die den Streckungsmoden der C=O- und –O–C–-Estergruppen zugeordnet wurden. Die Banden bei 2951 und 1449 cm−1 wurden jeweils den Streckmodi –CH– und –CH3 zugeordnet24,25. Für das MCN wurden die für CN-Heterocyclen typischen Moden nachgewiesen und charakteristische Peaks traten bei 1241 und 1574 cm−1 auf. Darüber hinaus konnte die Existenz einer Triazinstruktur von Kohlenstoffnitrid durch die Banden bei 805 und 879 cm−1 bestätigt werden. Was das FTIR-Spektrum von PMCN betrifft, so traten zwar immer noch die charakteristischen Banden auf, die C=O, –O–C– und –CH– zugeordnet waren, ihre Intensitäten waren jedoch vergleichsweise schwach, da PMMA nur einen geringen Anteil ausmachte. Der Peak der Wasserstoffbrückenbindungsadsorption bei etwa 3225 cm-1 wurde verstärkt, was eine starke Wechselwirkung zwischen MCN und PMMA offenbart, was auch durch das Fehlen eines Peaks bei 1743 cm-1 im FTIR-Spektrum der physikalischen Mischung aus MCN und PMMA nachgewiesen werden kann (Abb . S3). Kohlenstoffnitrid ist aufgrund der freien Elektronenpaare der Stickstoffatome ein elektronenreicher Polymerhalbleiter, was zu einer elektronegativen Oberfläche führt26. Mittlerweile ist PMMA reich an Estergruppen, die die Fähigkeit haben, Elektronen zu binden13. Das makromolekulare PMMA hat eine Affinität zum elektronegativen Kohlenstoffnitrid und übt wahrscheinlich einen Einfluss auf die Energiebandstruktur von Kohlenstoffnitrid aus, die wiederum eng mit der photokatalytischen Leistung verknüpft ist27.

FTIR-Spektren für (a) PMMA, (b) PMCN und (c) MCN.

Die photokatalytische Leistung von MCN und PMCN wurde in einer Reihe von Experimenten basierend auf dem Abbau von Rhodamin B (RhB) unter sichtbarem Licht getestet. Als Kontrolle wurde auch die photokatalytische Fähigkeit von g-C3N4 (bezeichnet als BCN) in großen Mengen bewertet. Wie in Abb. 4 dargestellt, können die Selbstzersetzung von RhB (Blindprobe) und die Photoabbaufähigkeit von PMMA gegenüber RhB aufgrund des vernachlässigbaren Ausmaßes des Abbaus über die gesamte Bestrahlungszeit hinweg vernachlässigt werden. Im Vergleich zu BCN zeigte MCN einen verbesserten Abbau von RhB, möglicherweise weil das mesoporöse Kohlenstoffnitrid eine größere spezifische Oberfläche und eine bessere optische Adsorptionsfähigkeit aufweist, was durch eine Reihe von Charakterisierungen für BCN (Abb. S4) bestätigt wurde und in guter Übereinstimmung war mit zuvor berichteter Literatur28. Durch die Einführung von PMMA zeigte die PMCN-Probe eine viel bessere photokatalytische Leistung als MCN und mehr als 98 % des RhB wurden in Gegenwart des Photokatalysators entfärbt, was bestätigt, dass PMMA die photokatalytische Fähigkeit derzeit verfügbarer Materialien deutlich verbesserte. In der aktuellen Studie wurde die photokatalytische Aktivität von PMCN auch mit dem farblosen Phenol bewertet und festgestellt, dass seine Photoabbaueffizienz unter sichtbarem Licht viel höher war als die mit MCN und BCN (Abb. S5), was zeigt, dass das synthetisierte PMCN ausgezeichnet war Photokatalysator für sichtbares Licht.

(a) Photokatalytische Aktivitäten und (b) Reaktionskonstanten der resultierenden Proben unter sichtbarem Licht während des Entfärbungsprozesses. Der Einschub zeigt die Diagramme erster Ordnung für die RhB-Entfärbung.

Um einen quantitativen Einblick in die Reaktionskinetik der RhB-Entfärbung zu erhalten, wurde hier ein Modell erster Ordnung angewendet, um die oben erläuterten experimentellen Daten anzupassen. Die Diagramme erster Ordnung sind im Einschub von Abb. 4b dargestellt. Die angepassten Diagramme aller getesteten Proben, nämlich das Diagramm der Bestrahlungszeit (t) gegen ln(C0/C), zeigten die Form einer geraden Linie. Dementsprechend wurden in Abb. 4b die k-Werte der Reaktionskonstanten ermittelt, die zur Bewertung der Entfärbungsraten beitragen können. Es kann festgestellt werden, dass das so hergestellte PMCN die beste Leistung bei der Entfärbung von RhB zeigte und sein k-Wert mit 0,0311 min−1 berechnet wurde, was fast 3,0-fach höher war als der von MCN (0,0103 min−1) und 5,0-fach höher als der von BCN (0,0061 min−1). Daher kann bestätigt werden, dass das vorliegende synthetisierte PMCN eine überlegene Leistung bei der photokatalytischen Entfärbung gegenüber RhB aufweist.

Abgesehen von der Entfärbung des organischen Farbstoffs unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht wurde die TOC-Entfernungseffizienz bewertet, um die Abbaufähigkeiten unseres Photokatalysators besser zu beleuchten (Abb. S6). Unter allen getesteten Proben wies PMCN mit einer TOC-Entfernungseffizienz von 57,0 % den effizientesten Photoabbau von RhB auf, gefolgt von MCN (29,5 %) und BCN (24,0 %). Dieses Experiment zeigte auch, dass sich RhB ohne die Photokatalysatoren nicht zersetzen konnte, was zeigt, dass PMCN in der Lage ist, RhB während des Entfärbungsprozesses zu mineralisieren.

Die Photoabbaustabilität unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht ist eine Schlüsseleigenschaft für den Photokatalysator organischer Schadstoffe. Daher wurde die photokatalytische Fähigkeit von recyceltem PMCN bewertet, um seine photokatalytische Stabilität zu bestimmen. Wie in Abb. S7(a) gezeigt, kann bei dreimaliger Verwendung des PMCN-Photokatalysators seine Fähigkeit zur RhB-Entfärbung ein relativ hohes Niveau beibehalten. Darüber hinaus zeigten sowohl XRD- als auch XPS-Spektren, dass es nach den Zyklentests weder zu einer strukturellen noch zu einer Zusammensetzungsänderung von PMCN kam (Abb. S7 (b, c)). Daher kann bestätigt werden, dass mit PMMA modifiziertes MCN eine gute photokatalytische Stabilität unter sichtbarem Licht aufwies.

Die photokatalytische Aktivität von Halbleitern steht in engem Zusammenhang mit ihrer optischen Absorption und der Trenneffizienz der photogenerierten Elektron-Loch-Paare. In dieser Studie wurde das diffuse UV-Vis-Reflexionsspektrum verwendet, um die optischen Eigenschaften der Photokatalysatoren zu untersuchen (Abb. 5). MCN absorbierte sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Licht und die Absorptionskante wurde bei etwa 460 nm beobachtet, was gut mit der allgemein akzeptierten Bandlücke von etwa 2,70 eV übereinstimmte. Im Gegensatz zum reinen mpg-C3N4 wurde beobachtet, dass die Absorptionsintensität von PMCN durch die Beladung mit PMMA deutlich erhöht wurde, was auf eine bessere photokatalytische Leistung von PMCN hinweist, da durch die Anregung mit sichtbarem Licht von as mehr Elektron-Loch-Paare erzeugt werden können -Hergestelltes Komposit während des photokatalytischen Prozesses. Infolgedessen besaß das PMCN-Material eine bessere photokatalytische Fähigkeit unter sichtbarem Licht.

(a) Optische Absorption von MCN und PMCN. UV-Vis-DRS von katalytischen Proben und Kurve von (Ahv)1/2-(hv) für MCN und PMCN (Einschub) (b) Oberflächenphotospannungsspektren (SPV) von PMCN-Komposit und MCN.

PMMA ist ein transparentes optisches Material mit einer hohen Transmission von 92 %, wobei der Verlust von 8 % hauptsächlich auf Reflexion zurückzuführen ist29. Im Gegensatz zu anderen konjugierten Polymeren, die hohe Absorptionskoeffizienten im sichtbaren Infrarotbereich7 aufweisen, trägt PMMA aufgrund der optischen Eigenschaften von PMMA nicht zur Absorption sichtbaren Lichts unseres Verbundwerkstoffs bei. Diese Ergebnisse zeigen jedoch, dass PMCN eine bessere Leistung bei der optischen Absorption aufweist als MCN. Dies bedeutet, dass die Einführung von PMMA Kohlenstoffnitrid zu einem besseren Photonenakzeptor bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht macht, was durch die Untersuchung der Bandlücke weiter nachgewiesen werden kann. Die Bandlückenenergie hängt mit der optischen Absorption in Halbleitern zusammen. In dieser Studie wurde die Bandlücke von PMCN durch die Gleichung (1) berechnet:

wobei α, h, ν, Eg, A und A der Absorptionskoeffizient, die Plank-Konstante, die Lichtfrequenz, die Bandlückenenergie bzw. eine Konstante sind30. In dieser Studie beträgt n 4 entsprechend dem optischen Übergangstyp der Bestandteile MCN und PMMA31,32. Wie im Einschub von Abb. 5 gezeigt, ergab eine Auftragung von αhν1/2 – hν für PMCN eine Bandlückenenergie von etwa 2,38 eV, was niedriger ist als für MCN (2,70 eV). Eine dem PMCN-Material verliehene schmalere Bandlücke (2,38 gegenüber 2,70 eV) unterstützt die Absorption von sichtbarem Licht und steht im Einklang mit den Ergebnissen der UV-Vis-Messungen.

Die Technik der Oberflächenphotospannungsspektroskopie (SPV) wurde eingesetzt, um das kinetische Verhalten der photogenerierten Ladungsträger in den so hergestellten PMCN-Proben aufzudecken. Das Signal der Oberflächenphotospannung (SPV) kann auf die Schwankungen der Oberflächenpotentialbarrieren während der Lichtbestrahlung zurückgeführt werden, wodurch der lichtempfindliche Wellenlängenbereich und die Trenneffizienz der Elektron-Loch-Paare in den Photokatalysatoren ermittelt werden können33. Aus Abb. 5b geht hervor, dass das SPV-Signal von MCN durch die Einführung von PMMA deutlich erhöht wurde, was bestätigt, dass während des phtokatalytischen Prozesses mehr photoangeregte Elektronen und Löcher erzeugt und dann effizienter in PMCN getrennt wurden. Daher besaß PMCN eine stärkere photokatalytische Aktivität als MCN.

Um die photokatalytischen Eigenschaften unserer Katalysatoren weiter zu untersuchen, wurde die Photolumineszenz (PL), die die Trenneffizienz photogenerierter Elektron-Loch-Paare in Halbleitern charakterisiert, gemessen und ist in Abb. 6 dargestellt. Der Hauptemissionspeak lag bei 460 nm wurde der Rekombination photogenerierter Elektron-Loch-Paare zugeschrieben20. Weitere Untersuchungen ergaben, dass die PL-Dichte für PMCN viel niedriger war als die für MCN, was auf eine offensichtliche Verringerung der Rekombinationswahrscheinlichkeit zwischen photogenerierten Elektronen und Löchern hindeutet. Diese geringere Rekombinationswahrscheinlichkeit photogenerierter Elektronen und Löcher aus MCN kann auf den elektronenbindenden Effekt zurückgeführt werden, der von den reichlich vorhandenen Estergruppen von PMMA herrührt. Es wurde erwartet, dass die photokatalytische Leistung von MCN durch die Einführung von PMMA aufgrund dieser effizienteren Trennung von photogenerierten Elektronen und Löchern verbessert wird.

Photolumineszenzspektren für aktuelle Photokatalysatoren.

Um diese Verbesserung bei der Trennung der photogenerierten Elektron-Loch-Paare des PMCN zu untersuchen, wurden die Energiebandstrukturen der beiden Bestandteile im PMCN-Photokatalysator bestimmt, um den Einfluss des PMMA auf das MCN vollständig zu verstehen. MCN hat eine weithin akzeptierte Bandlücke von 2,70 eV, wobei das Valenzband (VB) und das Leitungsband (CB) bei −1,13 eV bzw. +1,57 eV im Vergleich zur normalen Wasserstoffelektrode (NHE) liegen. Über die HOMO-LUMO-Energielücke von PMMA und ihre Position wurde jedoch nie berichtet und wurde in dieser Studie zum ersten Mal berechnet. Wie in Abb. 7a dargestellt, beträgt die HOMO-LUMO-Lücke des PMMA-Polymers ca. 4,20 eV, was deutlich breiter ist als bei MCN, was bedeutet, dass PMMA aufgrund dieser hohen Energieschwelle bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht eine vergleichsweise begrenzte Anregung von Elektronen und Löchern aufweisen würde. Die HOMO- und LUMO-Potentiale können aus den Oxidationspotentialen (Eox) aus der Cyclovoltammetrie (CV)8,34 ermittelt werden. Daher wurden CV-Experimente der Katalysatoren durchgeführt, um detaillierte HOMO-LUMO-Informationen zu erhalten und das Verhalten photogenerierter Elektronen und Löcher während der photokatalytischen Reaktion zu verstehen. Basierend auf dem CV-Diagramm in Abb. 7(b) betrug das HOMO-Potential von PMMA +0,53 eV gegenüber der Ag/AgCl-Elektrode oder +0,76 eV gegenüber NHE. Das LUMO-Potenzial von PMMA wurde in dieser Arbeit daher unter Verwendung der Gleichung zu −3,44 eV gegenüber NHE berechnet. (2) und die Bandenergiestrukturen von MCN und PMMA sind in Abb. 8 dargestellt.

Berechnungen zur Bandstruktur von PMMA.

(a) UV-Vis-DRS von PMMA und seine Kurve von (Ahv)1/2-(hv) und (b) zyklisches Voltammogramm von PMMA (0,1 M NaSO4-Lösung und Scanrate bei 10 mV/s).

Mechanismen für eine erhöhte photokatalytische Aktivität von MCN durch PMMA.

PMMA ist ein Polymer aus Methylacrylatmonomeren und sein Kohlenstoffgerüst besteht aus einem gesättigten CC-Rückgrat mit freien Estergruppen. Es wurde dokumentiert, dass einige Polymere wie Polyanilin den Elektronenabgang beschleunigen, um die effiziente Trennung photoinduzierter Elektron-Loch-Paare von MCN7 zu verbessern. In dieser Arbeit konnte jedoch basierend auf der hervorgehobenen photokatalytischen Fähigkeit von PMCN bestätigt werden, dass PMMA die photokatalytische Leistung von MCN auf andere Weise steigert, da PMMA leicht einen Abgang der photogenerierten Elektronen induzieren könnte, so dass die Rekombinationswahrscheinlichkeit des Photoelektronen und Löcher können unterdrückt werden.

Bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht erzeugt MCN photogenerierte Elektron-Loch-Paare. Obwohl PMMA aufgrund seiner großen Bandlücke einen vernachlässigbaren Beitrag zur Lichtabsorption von PMCN leistet, verbessert seine Zugabe zum Katalysator dennoch die photokatalytische Leistung von MCN bei der Mineralisierung von RhB von 29,5 % auf 57,0 %. Diese Verbesserung der photokatalytischen Fähigkeit von MCN ist auf verschiedene Arten zurückzuführen, wie die photogenerierten Löcher und Elektronen während der photokatalytischen Reaktion durch PMMA beeinflusst werden. Erstens hielten die Estergruppen von PMMA die photogenerierten Elektronen von MCN fest und schränkten ihre Bewegung ein. Dadurch wurde die Rekombination von Elektronen und Löchern im Valenzband von MCN verringert. Zweitens beträgt die VB von MCN 1,57 eV und das HOMO von PMMA 0,76 eV. Dieser Unterschied zwischen den Bandenergiepositionen treibt die Übertragung fotogenerierter Löcher von der VB von MCN auf das HOMO von PMMA voran, was ihre Rekombination mit fotogenerierten Elektronen weiter hemmt . Folglich leisten diese Immobilisierung der photogenerierten Elektronen durch Estergruppen und die Übertragung photogenerierter Löcher von MCN auf PMMA synergistische Beiträge zur effizienten Trennung von photogenerierten Elektronen und Löchern in MCN (wie das in Abb. 8 gezeigte vorgeschlagene Prinzip). Die photokatalytische Aktivität von MCN wurde daher durch die Einführung von PMMA bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht verbessert.

Da die photogenerierten Elektronen effizient im MCN immobilisiert werden, müssen die photogenerierten Löcher die wichtigsten aktiven Spezies zum Abbau von RhB unter sichtbarem Licht sein. Um zu überprüfen, ob die photogenerierten Elektronen oder Löcher die aktiven Akteure beim Photoabbau von RhB waren, wurden die Elektronen während des photokatalytischen Prozesses von Dimethylsulfoxid (DMSO) und die Löcher von Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) eingefangen35,36. Wie in Abb. 9 zu sehen ist, wurde die photokatalytische Leistung von PMCN unter sichtbarem Licht durch die Zugabe von Elektronenfänger (DMSO) mit einer Entfärbungseffizienz von mehr als 98 % kaum beeinflusst, was zeigt, dass die photogenerierten Elektronen abgeschirmt wurden und nur einen geringen Beitrag leisten zum Abbau von RhB. Das Vorhandensein von EDTA in den aktuellen photokatalytischen Systemen führte jedoch zu einer offensichtlichen Verringerung der Abbaufähigkeit von PMCN, was zeigt, dass die photogenerierten Löcher der Schlüsselfaktor bei der Zersetzung von RhB waren.

Einfluss von DMSO und EDTA auf den RhB-Photoabbau durch PMCN.

Unsere Arbeit legte nahe, dass die sonochemische Kopplung von MCN und PMMA zu einem neuartigen, einfachen, hocheffizienten und metallfreien Photokatalysator für sichtbares Licht führte. Während der Herstellung des zusammengesetzten Photokatalysators (PMCN) wurden bei Zugabe von PMMA deutliche Veränderungen in der MCN-Morphologie festgestellt. Basierend auf dem XRD-Spektrum von PMCN kann jedoch gezeigt werden, dass die Kristallstruktur von MCN nahezu unverändert blieb und PMMA keinen Einfluss auf die Zwischenschicht- und In-Plane-Strukturen hatte. Obwohl im FTIR-Spektrum von PMCN die verschiedenen funktionellen Gruppen zugeordneten charakteristischen Banden schwächer erschienen als die von PMMA, bestätigte die Verstärkung der Wasserstoffbrückenbindungsadsorption eine starke Wechselwirkung zwischen PMMA und MCN. Aus dem XPS-Spektrum von PMCN bestätigten verschiedene Arten von C- und O-Banden außerdem, dass sowohl MCN als auch PMMA vorhanden waren. Die photokatalytische Fähigkeit von PMCN wurde durch den Abbau von RhB unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht bewertet und es wurde festgestellt, dass die photokatalytische Aktivität und Stabilität von MCN für die RhB-Entfärbung und sogar seine Mineralisierung durch PMMA deutlich verbessert wurden. Soweit uns bekannt ist, wurden alle gemeldeten Kohlenstoffnitrid-Katalysatoren mit überlegener photokatalytischer Aktivität und Haltbarkeit durch die äußeren Materialien auf Metallbasis oder einige spezielle Polymere modifiziert1,25,37. Dieser Weg, über den durch PMMA modifiziertes MCN die photokatalytische Aktivität verbessert, unterscheidet sich von den üblicherweise verwendeten Methoden.

Wir haben die optische Absorption von PMCN weiter untersucht und eine erhöhte Absorptionsintensität aufgrund der Einführung von PMMA beobachtet, was darauf hindeutet, dass unter sichtbarem Licht mehr Elektron-Loch-Paare aus dem Kohlenstoffnitrid erzeugt werden. Normalerweise steht die optische Absorption von Halbleitern in engem Zusammenhang mit der Bandlücke. In dieser Studie wurde berechnet, dass die Bandlückenenergie von PMCN etwa 2,38 eV beträgt und damit niedriger ist als die von reinem Kohlenstoffnitrid, was bedeutet, dass der Verbundstoff sichtbares Licht besser absorbiert und zu einer hervorgehobenen photokatalytischen Aktivität für den Abbau organischer Farbstoffe führt. Noch wichtiger ist, dass die photokatalytischen Eigenschaften des vorliegenden Verbundwerkstoffs durch Photolumineszenz untersucht wurden. Die Abnahme der PL-Dichte von PMCN im Vergleich zu MCN deutete darauf hin, dass die Rekombinationswahrscheinlichkeit photogenerierter Elektronen und Löcher aus Halbleitern verringert war. Um diese effizientere Trennung von photogenerierten Elektron-Loch-Paaren auf PMCN weiter zu untersuchen, wurden die Energiebandlücken der beiden Bestandteile des Verbundwerkstoffs auf etwa 2,70 und 4,20 eV berechnet, was bedeutete, dass sich die photogenerierten Löcher von MCN zu PMMA bewegen konnten dass die photoinduzierten Elektronen durch elektronengreifende Effekte der Estergruppen von PMMA immobilisiert wurden, was zu einer verbesserten Trennung von photogenerierten Elektronen und Löchern führte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die photokatalytische Fähigkeit von Kohlenstoffnitrid im sichtbaren Licht durch die Immobilisierung seiner photogenerierten Elektronen mit Estergruppen aus PMMA verbessert wurde. Das PMCN-Material zeigte eine beeindruckende photokatalytische Aktivität und Stabilität bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Diese Arbeit lieferte nicht nur einen effizienten Photokatalysator für sichtbares Licht, sondern bot auch eine neue Strategie für die Entwicklung neuartiger Katalysatoren auf der Grundlage der Modulation funktioneller Gruppen, die bei der Modifizierung anderer Halbleiter zur Verbesserung der photokatalytischen Fähigkeit und Stabilität weiter angewendet werden könnten sichtbares Licht.

Cyanamid, Ammoniumbifluorid (NH4HF2), Ethanol und Chloroform wurden von Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (China) und 12 nm SiO2-Hydrosol von Sigma-Aldrich bezogen. Alle Reagenzien waren von Reagenzienqualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Alle Lösungen wurden mit bidestilliertem Wasser hergestellt.

Der MCN-Photokatalysator wurde gemäß der folgenden Methode hergestellt. Typischerweise wurden 10 g Cyanamid zunächst in einer bestimmten Menge Wasser dispergiert, um eine transparente Cyanamidlösung zu bilden, gefolgt vom Zutropfen von 4 g Silica-Templatlösung (12 nm SiO2-Hydrosol, Ludox HS40). Die gemischte Lösung wurde dann gerührt und auf 70 °C erhitzt, bis das meiste Wasser verdampft war. Die halbtransparente Trockenmischung wurde in den mit Argon gefüllten Rohrofen gegeben und 4 Stunden lang auf 550 °C erhitzt. Das resultierende Pulver wurde 24 Stunden lang mit 4 M NH4HF2 behandelt, um das Silica-Templat zu entfernen, und dann dreimal mit gereinigtem Wasser und Ethanol gewaschen. Abschließend wurden die gereinigten Pulver (MCN) über Nacht bei 70 °C im Vakuum getrocknet. Als Referenz wurde die als BCN bezeichnete Masse von g-C3N4 ebenfalls durch direktes Erhitzen von Cyanamid auf 550 °C für 4 Stunden unter einer Argonatmosphäre synthetisiert.

Die Modifikation von MCN durch PMMA erfolgte über einen sonochemischen Ansatz. Das typische Verfahren war wie folgt: 30 mg PMMA wurden in Chloroform (20 ml) gelöst, um eine transparente Lösung zu bilden. Dann wurden 300 mg MCN-Pulver in die oben genannte Lösung gegeben. Nach einstündigem Rühren wurden die resultierenden Suspensionen 12 Stunden lang mit einer sonochemischen Methode weiterbehandelt. Das MCN/PMMA-Komposit wurde schließlich durch Filtrieren der Suspensionen erhalten und anschließend weitere 12 Stunden bei 80 °C im Vakuum getrocknet.

Die Morphologie aktueller Proben wurde durch Feldemissions-REM auf einem hochauflösenden Elektronenmikroskop vom Typ Hitachi S-4800 und JEOL JEM-2010 untersucht. Die XRD-Bestimmung wurde auf einem Bruker D8 Advance-Röntgendiffraktometer mit Cu-K-Alpha-Strahlung bei einer Scanrate von 1° 2θ s−1 durchgeführt. Die Beschleunigungsspannung und der angelegte Strom betrugen 40 kV bzw. 40 mA. Die FTIR-Untersuchung wurde auf einem Nicolet 5700-Spektrometer bei Raumtemperatur durchgeführt. XPS-Messungen wurden auf einem Perkin Elmer PHI 5000C ESCA-System mit einer monochromatischen Al K-alpha-Röntgenquelle durchgeführt. Die Bindungsenergien wurden durch Referenzieren des C 1 s-Peaks (284,6 eV) kalibriert, um den Probenladungseffekt zu reduzieren. Vor jeder Analyse wurden die Proben im Vakuum bei 80 °C getrocknet. Über einen Scanbereich von 0–1100 eV erhaltene Spektren wurden mit dem PHI ACCESS-Datensystem aufgezeichnet und gespeichert und mit der XPSPEAK41-Software analysiert. UV-Vis-Spektren wurden mit einem Shimadzu UV-3600-Spektrophotometer unter Verwendung von Bariumsulfat als Referenz durchgeführt. Die Oberflächenphotospannungsspektroskopie wurde mit einem SPV-Messsystem durchgeführt, das aus einer Quelle monochromatischen Lichts, einem Lock-in-Verstärker (SR830-DSP) mit einem Lichtzerhacker (SR540), einer Photovoltaikzelle und einem Computer bestand. Für das monochromatische Licht sorgten eine 500-W-Xenonlampe und ein Gittermonochromator (Omni-λ 500). Es wurde eine niedrige Hackfrequenz von ~23 Hz verwendet. Die Adsorptions-Desorptions-Isothermen von Stickstoff wurden mit einem Quantochrome Autosorb IQ-Instrument bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff gemessen. Die PL-Spektren aktueller Photokatalysatoren wurden bei Raumtemperatur mit einem Shimadzu RF-5301PC-Spektrofluorphotometer mit einer Anregungswellenlänge von 350 nm und einer Xenon-Lampe als Lichtquelle aufgenommen. Zyklische Voltammetriemessungen wurden an einer computergesteuerten elektrochemischen Workstation (Autolab PGSTAT 302 N) mit einer typischen Drei-Elektroden-Zelle durchgeführt, die mit Gasflusssystemen ausgestattet war. Eine Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff (GC) (3 mm Durchmesser, Pine Research Instrumentation) als Arbeitselektrode, eine Ag/AgCl-Elektrode (mit 3 M KCl gefüllt) als Referenzelektrode und ein Platindraht als Gegenelektrode. Als Grundelektrolyt für die Messungen wurde eine wässrige Lösung von 0,1 M Natriumsulfat verwendet. Zur Herstellung der Arbeitselektrode wurden 50 mg der vorbereiteten Materialien, 1 ml Chloroform und 0,1 ml Nafion-Lösung (5 %) miteinander vermischt und dann 10 Minuten lang beschallt, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, die auf die GC-Elektrode aufgetragen wurde vor den Experimenten unter reinem Stickstoffstrom getrocknet.

Zwei typische organische Schadstoffe, RhB und Phenol, wurden als Ziele ausgewählt, um die photokatalytische Aktivität des so hergestellten mpg-C3N4/PMMA-Komposits in einer wässrigen Lösung unter Beleuchtung mit sichtbarem Licht zu bewerten. Als Referenzphotokatalysator wurde reines Kohlenstoffnitrid (MCN und BCN) verwendet. 30 mg der resultierenden Photokatalysatoren wurden in 50 ml wässriger Lösung organischer Schadstoffe (50 mg/L) dispergiert und 60 Minuten lang gerührt, um ein Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht in den Reaktionssystemen zu erreichen. Während der Photoreaktion unter sichtbarem Licht wurde die Suspension einer 300-W-Xenonlampe mit einem optischen 400-nm-Filter bei Umgebungsdruck und 20 °C ausgesetzt. In den angegebenen Photoreaktionsintervallen wurde 1 ml Suspension entnommen und zentrifugiert, um die flüssigen Proben von den festen Photokatalysatoren zu trennen. Die Konzentration von RhB wurde mit einem UV-Vis-Spektrophotometer bei einer Wellenlänge von 550 nm bestimmt. Um die photokatalytische Leistung von Verbundwerkstoffen weiter zu untersuchen, wurde auch die Effizienz der TOC-Entfernung mit einem Shimadzu TOC-V-Analysator gemessen. C0 und C waren die symbolischen Darstellungen für die Konzentration organischer Schadstoffe vor bzw. nach den photokatalytischen Experimenten. Das so hergestellte Material wurde dreimal recycelt, um seine photokatalytische Stabilität zu bewerten. Jedes Mal nach Abschluss des Experiments wurde der Phtotokatalysator durch Zentrifugieren wiedergewonnen und jeweils dreimal mit Ethanol und Wasser gewaschen, um die restlichen organischen Stoffe, die am Photokatalysator hafteten, zu reinigen.

Zitierweise für diesen Artikel: Sun, H. et al. Immobilisierung photogenerierter Elektronen aus graphitischem Kohlenstoffnitrid für eine verbesserte photokatalytische Aktivität im sichtbaren Licht. Wissenschaft. Rep. 6, 22808; doi: 10.1038/srep22808 (2016).

Zheng, Y. et al. Wasserstoffentwicklung durch einen metallfreien Elektrokatalysator. Nat. Komm. 5, 1–7 (2014).

ADS Google Scholar

Liu, J. et al. Metallfreier, effizienter Photokatalysator für die stabile sichtbare Wasserspaltung über einen Zwei-Elektronen-Weg. Wissenschaft. 347, 970–974 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wang, Y., Wang, X. & Antonietti, M. Polymeres graphitisches Kohlenstoffnitrid als heterogener Organokatalysator: von der Photochemie über die Mehrzweckkatalyse bis hin zur nachhaltigen Chemie. Angew. Chem. Int. Bearbeiten. 51, 68–89 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Dong, F., Zhao, Z., Sun, Y., Zhang, Y., Yan, S. & Wu, Z. Ein fortschrittliches halbmetallorganisches Bi-Spheres-g-C3N4-Nanohybrid mit SPR-verstärkter photokatalytischer Leistung bei sichtbarem Licht zur NO-Reinigung. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 49, 12432–12440 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zhao, Z., Sun, Y. & Dong, F. Graphitische Kohlenstoffnitrid-basierte Nanokomposite: eine Übersicht. Nanoskalig. 7, 15–37 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Zhang, J. et al. Comonomer-Kontrolle von Kohlenstoffnitrid-Halbleitern zur Optimierung der Wasserstoffentwicklung mit sichtbarem Licht. Angew. Chem. Int. Bearbeiten. 124, 3237–3241 (2012).

Artikel Google Scholar

Ge, L., Han, C. & Liu, J. In-situ-Synthese und verbesserte photokatalytische Aktivitäten mit sichtbarem Licht neuartiger PANI-g-C3N4-Komposit-Photokatalysatoren. J. Mater. Chem. 22, 11843–11850 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Price, SC, Stuart, AC, Yang, L., Zhou, H. & You, W. Fluorsubstituiertes konjugiertes Polymer mit mittlerer Bandlücke ergibt einen Wirkungsgrad von 7 % in Polymer-Fulleren-Solarzellen. Marmelade. Chem. Soc. 133, 4625–4631 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, H., Lv, X., Li, Y., Wang, Y. & Li, J. P25-Graphen-Komposit als Hochleistungs-Photokatalysator. ACS nano. 4, 380–386 (2009).

Artikel Google Scholar

Dong, F. et al. In-situ-Konstruktion eines metallfreien g-C3N4/g-C3N4-Heteroübergangs für eine verbesserte Photokatalyse mit sichtbarem Licht. ACS-Appl. Mater. Inter. 5, 11392–11401 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Hou, Y. et al. Geschichtete Nanoübergänge für die Katalyse der Wasserstoffentwicklung. Angew. Chem. Int. Bearbeiten. 52, 3621–3625 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Pan, C., Adv. Funktion. Mater. 22, 1518–1524 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Li, Y. Molekulares Design von Photovoltaikmaterialien für Polymersolarzellen: hin zu geeigneten elektronischen Energieniveaus und breiter Absorption. Konten. Chem. Res. 45, 723–733 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, X., Xu, S. & Xu, W. Lumineszenzeigenschaften von Farbstoff-PMMA-Verbundnanokugeln. Physik. Chem. Chem. Physik. 13, 1560–1567 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Cheng, JY, Wei, CW, Hsu, KH & Young, TH Direktschreibende Lasermikrobearbeitung und universelle Oberflächenmodifikation von PMMA für die Geräteentwicklung. Sensor. Aktuator. B-Chem. 99, 186–196 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Kulkeratiyut, S., Kulkeratiyut, S. & Blum, FD Gebundene Carbonyle in PMMA, adsorbiert an Silica mittels Transmissions-FTIR. J. Polym. Wissenschaft. Pol. Physik. 44, 2071–2078 (2006).

Artikel ADS CAS Google Scholar

De León, AS, Muñoz-Bonilla, A., Fernández-García, M. & Rodríguez-Hernández, J. Breath Figures Methode zur Steuerung der Topographie und Funktionalität von Polymeroberflächen in porösen Filmen und Mikrosphären. J Polym. Wissenschaft. Pol. Chem. 50, 851–859 (2012).

Artikel Google Scholar

Zhu, H., Jha, KC, Bhatta, RS, Tsige, M. & Dhinojwala, A. Molekulare Struktur der Poly(methylmethacrylat)-Oberfläche. ich. Kombination aus grenzflächenempfindlicher infrarot-sichtbarer Summenfrequenzerzeugung, Molekulardynamiksimulationen und Ab-initio-Berechnungen. Langmuir. 30, 11609–11618 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Groenewolt, M. & Antonietti, M. Synthese von g-C3N4-Nanopartikeln in mesoporösen Silica-Wirtsmatrizen. Adv. Mater. 17, 1789–1792 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

He, Y., Zhang, L., Teng, BT & Fan, M. Eine neue Anwendung des Z-Schema-Ag3PO4/g-C3N4-Komposits bei der Umwandlung von CO2 in Kraftstoff. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 49, 649–656 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Lei, Z., Lu, L. & Zhao, X. Die elektrokapazitiven Eigenschaften von Graphenoxid, reduziert durch Harnstoff. Energie. Umgebung. Wissenschaft. 5, 6391–6399 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Park, M., Ryu, J., Kim, Y. & Cho, J. Aus Maisprotein gewonnene stickstoffdotierte Kohlenstoffmaterialien mit sauerstoffreichen funktionellen Gruppen: ein hocheffizienter Elektrokatalysator für Vollvanadium-Redox-Flow-Batterien. Energie. Umgebung. Wissenschaft. 7, 3727–3735 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Shiraishi, Y. et al. Sonnenlichtgetriebene Wasserstoffperoxidproduktion aus Wasser und molekularem Sauerstoff durch metallfreie Photokatalysatoren. Angew. Chem. Int. Bearbeiten. 53, 13454–13459 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Namouchi, F. et al. Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von thermisch gealtertem PMMA durch kombinierten Einsatz von FTIR- und Impedanzspektroskopie. J. Legierung. Compd. 469, 197–202 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Kohler, N., Fryxell, GE & Zhang, M. Ein bifunktionelles Poly(ethylenglykol)silan, immobilisiert auf Metalloxid-basierten Nanopartikeln zur Konjugation mit Zell-Targeting-Wirkstoffen. Marmelade. Chem. Soc. 126, 7206–7211 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, Y., Thomas, A., Antonietti, M. & Wang, X. Aktivierung von Kohlenstoffnitrid-Feststoffen durch Protonierung: Morphologieänderungen, verbesserte Ionenleitfähigkeit und Photoleitungsexperimente. Marmelade. Chem. Soc. 131, 50–51 (2008).

Artikel Google Scholar

Zhang, M. et al. Abwärtsoptimierung des HOMO-Niveaus von Polythiophen durch Carboxylatsubstitution für Polymersolarzellen mit hoher Leerlaufspannung. Polym. Chem. 2, 2900–2906 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, X. et al. Polymerhalbleiter für die künstliche Photosynthese: Wasserstoffentwicklung durch mesoporöses graphitisches Kohlenstoffnitrid mit sichtbarem Licht. Marmelade. Chem. Soc. 131, 1680–1681 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Althues, H. et al. Synthese und Charakterisierung transparenter lumineszierender ZnS: Mn/PMMA-Nanokomposite. Chem. Mater. 18, 1068–1072 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Butler, M. Photoelektrolyse und physikalische Eigenschaften der halbleitenden Elektrode WO2 . J. Appl. Physik. 48, 1914–1920 (1977).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wang, Y. et al. Hervorragende Photokatalyse mit sichtbarem Licht von fluorierten polymeren Kohlenstoffnitrid-Feststoffen. Chem. Mater. 22, 5119–5121 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Zidan, H. & Abu-Elnader, M. Strukturelle und optische Eigenschaften von reinen PMMA- und Metallchlorid-dotierten PMMA-Filmen. Physika. B. 355, 308–317 (2005).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Han, C., Wu, L., Ge, L., Li, Y. & Zhao, Z. Bimetallische AuPd-Nanopartikel dekorierten graphitisches Kohlenstoffnitrid für eine hocheffiziente Reduktion von Wasser zu H2 unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht. Kohlenstoff. 92, 31–40 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Luo, Q., Bao, L., Wang, D., Li, J. Phys. Chem. C. 116, 25806–25815 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Chen, Y., Yang, S., Wang, K. & Lou, L. Rolle der primären aktiven Spezies und der TiO2-Oberflächeneigenschaften beim UV-beleuchteten Photoabbau von saurem Orange 7. J. Photoch. Fotobio. A. 172, 47–54 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, Y. et al. Formabhängige Azidität und photokatalytische Aktivität von Nb2O5-Nanokristallen mit einer aktiven TT (001)-Oberfläche. Angew. Chem. Int. Bearbeiten. 51, 3846–3849 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Ge, L. & Han, CC Synthese von MWNTs/g-C3N4-Verbundphotokatalysatoren mit effizienter photokatalytischer Wasserstoffentwicklungsaktivität im sichtbaren Licht. Appl. Katal. B-Umgebung. 117, 268–274 (2012).

Artikel Google Scholar

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Die Arbeit wird finanziell vom National Natural Science Funds for Distinguished Young Scholar (Nr. 51425802), der National Natural Science Foundation of China (51108332 und 51208371) und den Fundamental Research Funds for the Central Universities unterstützt.

Staatliches Schlüssellabor für Umweltverschmutzungskontrolle und Ressourcenwiederverwendung, Fakultät für Umweltwissenschaften und -technik, Tongji-Universität, Shanghai, 200092, Volksrepublik China

Han Sun, Yue Cao, Leiyu Feng und Yiguang Chen

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HS konzipierte das Studiendesign und verfasste die Arbeit. HS und YC führten die Synthese sowie die morphologische und strukturelle Charakterisierung durch. HS und LYF trugen zur Bewertung der photokatalytischen Leistungsfähigkeit bei. YGC und LYF betreuten das Projekt. Alle Autoren trugen zur wissenschaftlichen Planung und Diskussion bei.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sun, H., Cao, Y., Feng, L. et al. Immobilisierung photogenerierter Elektronen aus graphitischem Kohlenstoffnitrid für eine verbesserte photokatalytische Aktivität im sichtbaren Licht. Sci Rep 6, 22808 (2016). https://doi.org/10.1038/srep22808

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Eingegangen: 01. Oktober 2015

Angenommen: 19. Februar 2016

Veröffentlicht: 07. März 2016

DOI: https://doi.org/10.1038/srep22808

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