碳纳米管@碳化硅同轴异质结纳米管非金属光催化剂产氢性能

编号：NMJS07781

篇名：碳纳米管@碳化硅同轴异质结纳米管非金属光催化剂产氢性能

作者：周训富 高琼芝 杨思源 方岳平

关键词： 碳化硅 同轴核-壳纳米管 纳米异质结 电荷分离 析氢

机构： 华南农业大学材料与能源学院

摘要： 近年来,光催化裂解水产氢(H2)引起了广泛的关注.储量丰富,环境友好的非金属无机半导体β-SiC(立方相碳化硅)具有适当的带隙(Eg=2.4 eV,ECB=?0.9 V),是一种潜在的光催化剂.受限于SiC光催化剂内部光生电子-空穴对的快速复合,SiC光催化剂的效率较低.已有的关于SiC光催化剂改性的报道主要包括构建纳米SiC,构建SiC异质结,构建碳/SiC材料杂化材料.进一步的研究表明,SiC与碳材料之间通过紧密的界面接触形成了肖特基结,能将SiC表面的光生电子快速转移,抑制光生电子-空穴对的快速复合,从而提高光催化分解水产氢的活性.另一方面,碳纳米管(CNTs)具有良好的电子导电性,一维有序的管腔所形成的电子快速传导路径.因此,将半导体光催化剂与CNTs复合,是一种制备先进的光催化剂的有效策略.本文利用Si蒸气与CNTs之间的气-固反应,在CNTs表面原位生长SiC纳米包覆层,成功地制备了一维同轴核-壳CNTs@SiC纳米管.高分辨率透射电子显微镜图像表明,SiC与CNTs之间是通过Si-C共价键原子接触,并得到X射线光电子能谱的证实.将一部分CNTs@SiC纳米管在空气中750 oC煅烧2 h以除去CNTs,得到纯SiC纳米颗粒作为对比组.紫外-可见吸收光谱表明,CNTs能够促进SiC对光的吸收.荧光发射光谱(PL),瞬态荧光寿命测试,瞬态光电流测试以及交流阻抗(EIS)测试表明,CNTs能够促进SiC表面光生电子的传输与分离,有利于提升光催化效率.以0.1 mol/L Na2S溶液作为牺牲剂,在模拟太阳光(A.M 1.5)照射下,CNTs@SiC纳米管(不额外负载Pt等贵金属作为助剂)的产氢速率为118.5μmol g^-1 h^-1,是纯SiC纳米颗粒(21.1μmol g^-1 h^-1)的5.62倍.经过20 h的光照测试,CNTs@SiC纳米管的光催化性能无明显衰减;X射线衍射测试与扫描电子显微镜图像表明,CNTs@SiC纳米管的结构与形貌反应前后几乎无变化.莫特-肖特基测试表明,CNTs的费米能级比SiC低,因此SiC表面的光生�