曙紅染料敏化石墨烯光催化材料的綠色制備及性能.pdf

1、面對日益增長的能源需求，光解水制氫引起廣泛的關(guān)注，而建立穩(wěn)定、高效、低廉的多相光催化分解水制氫是當(dāng)今面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。石墨烯（graphene）由sp2雜化C組成的單原子層，具有巨大的比表面積，優(yōu)異的電子傳輸能力和穩(wěn)定的化學(xué)性能等，可以作為其他半導(dǎo)體的載體和敏化劑，同時也可以作為主催化劑和助催化劑等，因此石墨烯成為光催化研究的熱點(diǎn)。
　　傳統(tǒng)的機(jī)械剝離石墨或者化學(xué)氣相沉積的方法制備石墨烯，得到的石墨烯結(jié)構(gòu)完整，性能優(yōu)異，但是并不

2、適用于光催化領(lǐng)域。用化學(xué)方法氧化石墨，超聲剝離后得到氧化石墨烯（ GO），再用一定的還原方法制備還原氧化石墨烯（RGO），由于原料易得，對設(shè)備要求低，成本可控，是目前大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的重要方法。得到的RGO不但保留了石墨的本征結(jié)構(gòu)，使其具有良好的導(dǎo)電性，而且表面含有一定的含氧官能團(tuán)，有利于RGO的分散和其他半導(dǎo)體及助催化劑的復(fù)合?；瘜W(xué)還原GO是目前大規(guī)模生產(chǎn)RGO和RGO復(fù)合物的重要方法，然而得到的RGO堆垛嚴(yán)重，分散性差，比表面低，使

3、用大量的化學(xué)有毒試劑對人體和環(huán)境造成傷害。
　　因此我們選用綠色改進(jìn)的方法還原GO制備石墨烯，用于染料敏化可見光制氫。在此基礎(chǔ)上，為了替代貴金屬Pt，用GO和NiCl2為原材料合成了層狀及孔狀的RGO/Ni復(fù)合物，并用于電催化及染料敏化可見光制氫。本文工作主要由以下四部分組成：
　?。ㄒ唬?、采用綠色的光還原GO的方法制備了性能可控的高分散性的RGO分散液。該RGO具有超高分散性，良好的導(dǎo)電性，用曙紅EY為敏化劑，Pt作為助催

4、化劑，具有高效的染料敏化可見光催化活性。在最佳優(yōu)化條件下，染料敏化可見光催化活性的最大表觀量子效率AQY在可見光范圍內(nèi)（λ≥420 nm）達(dá)到12.9％，在520 nm單色光照射下高達(dá)23.4%。
　　（二）、為了保持石墨烯的性能和避免 RGO的大量堆積，通過2維石墨烯來制備3維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯海綿體被認(rèn)為是一個很有前景的方法。采用綠色快速熱處理（250 ℃下，氮?dú)鈿夥罩校〨O的新方法得到大孔結(jié)構(gòu)（孔結(jié)構(gòu)尺寸在5-200 nm），

5、比表面積大（404 m2 g-1），導(dǎo)電性高的石墨烯海綿體。用EY敏化此石墨烯海綿體，Pt作為助催化劑，此石墨烯海綿體具有更高效的染料敏化析氫活性，最高AQY在420 nm達(dá)到75.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出由傳統(tǒng)的化學(xué)還原GO得到的石墨烯，也是目前文獻(xiàn)報道的最好結(jié)果之一。
　?。ㄈ?、為了替代貴金屬Pt，非常有必要制備廉價性能優(yōu)異的助催化劑用于電催化及光催化制氫。通過綠色的熱還原在 N2+H2混合氣下500 ℃煅燒GO/NiCl2混合物來合

6、成“三明治”夾心結(jié)構(gòu)的 RGO/Ni（GN）復(fù)合物。結(jié)果顯示比單獨(dú)的RGO和金屬 Ni具有都高的電催化和染料敏化光催化析氫活性，表現(xiàn)為優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)。在最佳優(yōu)化條件下，染料敏化可見光光催化析氫的最佳AQY在470 nm處達(dá)到30.3%。
　?。ㄋ模榱颂岣叻磻?yīng)物H2O的擴(kuò)散，用GO溶膠作為原材料，綠色合成了新穎的多孔Ni/RGO復(fù)合物（PNG）。中空Ni納米顆粒負(fù)載在石墨烯海綿體的結(jié)構(gòu)上，并具有高效的電化學(xué)和染料敏化可見光制氫活