福州大學Adv.Mater.簡單高效製備三-三嗪基結晶碳氮化物納米片突破傳統碳氮化物光催化制氫的效率

【引言】

相較零維和一維材料，二維材料顯示出許多諸如更高的穩定性和高表面活性等優異的性質。特別在光催化領域，二維材料有著無可比擬的優勢，比如縮短電荷載體的垂直遷移距離、加速電子沿著平面傳輸方向和減少材料邊界的載流子損失。因此，進一步發展2D納米材料將有望打破傳統光轉換極限。

【成果簡介】

近日，福州大學王心晨教授（通訊作者）在Advance Materials雜誌上發表了一篇題為「Tri-s-triazine-Based Crystalline Carbon Nitride Nanosheets for an Improved Hydrogen Evolution」的文章。研究人員報道了一種簡單高效地製備三-三嗪基結晶碳氮化物納米片的方法，其在420nm處光催化甲醇制氫的量子效率可達8.57%，超過大多數報道的碳氮化物納米片。

【圖文導讀】

圖1：從塊狀晶體碳氮化物到超薄納米片的液體剝離示意圖

(a): 從塊狀晶體碳氮化物到超薄納米片的超聲分層過程示意圖。

(b): 塊狀晶體碳氮化物的TEM圖片。

(c): 碳氮化物少層納米片的TEM圖片。

圖2：三-三嗪基結晶碳氮化物納米片結晶碳氮化物納米片（CCNNSs）的AFM和TEM圖

(a): 納米片的TEM圖。

(b): 高分辨TEM顯示出納米片的厚度約3.7 nm。

(c, d): 納米片的高分辨TEM圖像和相應的快速傅里葉變換圖案。

(e): 碳氮化物的結構模型，白色球代表碳原子，灰色球代表氮原子。

(f): 圖片(c)中沿白線標記區域的TEM對比強度分布，顯示出(e)中兩單元間離為0.89 nm。

(g): AFM圖片。

(h): 圖片(c)中白線標記區域的厚度分析。

圖3：塊體和納米片樣品的表徵

(a): X-射線衍射圖譜。

(b): 傅里葉變換紅外光譜圖。

(c): 光致發光譜圖。

(d): 電子順磁共振譜圖。

圖4：樣品的光催化活性測試

(a): 塊體石墨相碳氮化合物的光催化活性測試(i) 塊狀晶體碳氮化合物，(ii) CCNNSs，(iii) 可見光照射下(λ >420 nm)。

(b): 納米片上生成氫氣的AQE與波長的關係(左坐標)，納米片的紫外/可見吸收光譜圖(右坐標)。

【小結】

研究人員通過一種簡單高效經濟的方法成功製備處三-三嗪基結晶碳氮化物納米片。這些新材料擁有明確均一的化學結構，很薄的厚度和很高的長寬比，並且相比石墨相碳氮化合物和塊狀碳氮化合物，在可見光下表現出更加優異的催化制氫的特性。這類2D晶體超薄結構在生物成像，能源儲存與轉換領域等領域極具應用潛力。

文獻鏈接：Tri-s-triazine-Based Crystalline Carbon Nitride Nanosheets for an Improved Hydrogen Evolution (Adv. Mater. ,2017, DOI: 10.1002/adma.201700008)（見下方「閱讀原文」）

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