大连大学《ACS ANM》：Ag掺杂ZnIn2S4/石墨烯/AZIS复合材料，用于阳光驱动的制氢和水净化

成果简介

光催化被认为是缓解能源危机和环境污染的一项有前途的技术；然而，开发具有更好的光吸收效率的光催化剂仍然是一个挑战。本文，大连大学Zhenhe Xu、Jiqi Zheng、Yu Gao等在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Composites of Ag-Doped ZnIn2S4 Nanoplates with Graphitic Carbon Nitride and Reduced Graphene Oxide Nanosheets for Sunlight-Driven Hydrogen Production and Water Purification”的论文，研究提出了一个有效的策略，通过将更广泛的光吸收的Ag-掺杂ZnIn2S4（AZIS）纳米板与超薄的g-C3N4和还原氧化石墨烯（RGO）纳米片耦合，合成一个高功能的三元纳米复合材料（g-C3N4/RGO/AZIS）。

复合材料的二维对二维堆叠纳米结构提供了一个紧凑的异质结，扩大的界面和丰富的活性点，导致电荷载体的加速分离和重新定位动力学。受益于这些优势，具有系统优化的RGO和AZIS含量的g-C3N4/RGO/AZIS纳米复合材料可以作为一种高效的双功能光催化剂，在可见光的照射下进行水分离制氢和甲基橙（MO）光降解。三元纳米复合材料的产氢率为658.5μmol h-1 g-1，是普通g-C3N4的38倍。根据清除剂试验和光电化学分析的结果，提出了其运行机制。在AZIS纳米片和g-C3N4纳米片之间形成的II型异质结构以及较低电位的RGO可以最大限度地提高光生电子-空穴对的分离效率，减少电荷重组。这项工作为开发双功能光催化剂提供了可行的策略，使其在生产H2和降解有机染料方面具有更高的性能。

图文导读

图1。g-C3N4的TEM图像（A）；g-C3N4/RGO（B）；和g-C3N4/RGO/AZIS（C，D）；插图（D）是g-C3N4/RGO/AZIS的HRTEM图像，突出显示了（102）平面的晶格条纹。（E） g-C3N4、ZnIn2S4（ZIS）、AZIS、RGO和g-C3N4/1.0wt%RGO/Ywt%AZIS的XRD图谱（Y=10.0、20.0和30.0）。（F）GO与RGO的XRD图谱比较。

方案1. g-C3N4/RGO/AZIS纳米复合材料的结构示意图

图3. g-C3N4/1.0 wt % RGO/20.0 wt % AZIS的XPS光谱

图4：（A，D）随时间变化的H2产量和（B，E）不同比例的RGO（A，B）和g-C3N4/1.0 wt % RGO/AZIS不同比例的AZIS（D，E）的H2进化率。(C，F）g-C3N4/1.0 wt % RGO（C）和g-C3N4/1.0 wt % RGO/20.0 wt % AZIS（F）的H2进化的稳定性研究。

图5. g-C3N4、g-C3N4/1.0 wt % RGO和g-C3N4/1.0 wt % RGO/20.0 wt % AZIS的光电流时间曲线（A），奈奎斯特图（B）和稳态PL光谱（C）。

方案2. 可见光照射下g-C3N4/RGO/AZIS的光催化H2进化和MO光催化降解的可能机制示意图（A）。

小结

综上所述，通过两步水热工艺，在超薄g-C3N4和RGO纳米片上以面对面的方式生长AZIS纳米片，制造了不同组分比例的三元g-C3N4/RGO/AZIS纳米复合材料。g-C3N4/RGO/AZIS纳米复合材料在实际应用中也显示出巨大的潜力，因为它具有多功能性、良好的循环稳定性、高的放大机会和低的环境危害，包括其固有的低毒性、绿色合成过程和光催化过程中无金属泄漏。这项工作还表明，构建C3N4-支持的二维异质结纳米复合材料是进一步提高半导体光催化效率的有效策略。

文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c02394