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福州大學Sen Lin和 Ping Liu課題組--高效耐用的雙功能核殼催化劑:超薄石墨烯封裝的氮化鎢量子點
       這里,采用原位氮化還原熱解法合成了一種高效、穩定的雙功能催化劑,該催化劑由超薄石墨烯封裝氮化鎢量子點組成(WN@C)。該工作中,系統研究了核-殼WN@C的光催化和共催化效應。與典型半導體ZnIn2S4結合后,在可見光(λ≥400 nm)照射下,最優WN@C/ZnIn2S4復合材料的析氫活性是純ZnIn2S4的61倍,WN-QDs@C的12倍。此外,還表現出很好的穩定性,可連續產氫99 h,且無明顯衰減。研究表明,WN@C的活性增強是由于析氫反應(HER)過電位降低、表觀活化能(Ea)降低、H吸附吉布斯自由能(?G*H)降低和光電荷復合受到抑制的協同作用。該工作為合成具有雙功能的量子點核殼結構開辟了一條道路。
 
 
Figure 1. (a) WN-QDs@C的合成示意圖。(b) WO3/C3N4前驅體的XRD譜圖。(c) WN@C的XRD和(d)拉曼光譜(c的插圖是WN的單元晶胞)。(e - f) WN-QDs@C的TEM圖像,圖(e)中插圖顯示了WN量子點的尺寸分布,圖(f)中插圖顯示了WN量子點的粒子形態。(g) WN-QDs@C的HRTEM圖像。(h) HAADF圖像,和(i-k) 分別為W, N, C的元素映射。
 
  
Figure 2. (a) XRD譜圖。(b) 不同樣品的DRS光譜。(c) ZnIn2S4的BET比表面積和(d) 2 wt% WN@C/ZIS的孔隙尺寸分布。
 
 
Figure 3.(a) 2 wt% WN@C/ZIS的TEM圖和(b) HRTEM圖 (右邊計算的間隔晶格條紋對應于(b)中的矩形區域)。(c) HAADF圖像,(d) W, N, Zn, In, S, C的元素映射。
 
  
Figure 4.(a-b) ZIS、WN@C和不同負載量WN@C復合材料的性能比較。(c)光催化析氫的時間依賴性。(d) 2 wt% WN@C/ZIS在可見光照射下(λ≥400 nm)的光催化穩定性。
 
 
Figure 5. (a) WN@C界面模型的頂部和側視圖。(b)計算了WN@C不同位點上HER的吉布斯自由能圖。(c)不同催化劑在500 nm單色光照射下前2小時的平均光催化性能。(d) LSV圖。(e)對反應速率的溫度依賴性。(f) 表觀活化能Ea差示意圖。
  
        該研究工作由福州大學Sen Lin和 Ping Liu課題組于2021年發表在Applied Catalysis B: Environmental期刊上。原文:Highly efficient and durable core-shell catalyst with dual functions: Tungsten nitride quantum dots encapsulated in ultra-thin graphene。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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