界面电场驱动电荷分离的SrTiO3@TiO2/g-C3N4异质结用于高效太阳能制氢

《Environmental Research》：Interfacial electric field-driven charge separation in SrTiO 3@TiO 2/g-C 3N 4 heterojunctions for enhanced solar hydrogen production

本文报道了通过静电吸附-煅烧法成功构建SrTiO3@TiO2/g-C3N4（STO@T/CN）II型异质结光催化剂。该结构利用界面内置电场协同促进光生载流子的定向迁移与分离，使最优样品（10% STO@T/CN）的产氢速率达到1547.7 μmol·g-1·h-1，较纯g-C3N4提升近一倍，为规模化太阳能制氢提供了新思路。

　　

材料

分析纯级化学品购自国药集团化学试剂有限公司，未经进一步纯化直接使用。包括尿素（CO(NH₂)₂，≥99.5%）、金红石相二氧化钛（TiO₂，≥98.0%）、氯化钠（NaCl，≥99.9%）、硝酸锶（Sr(NO₃)₂，≥99.5%）、氯化钾（KCl，≥99.9%）、六水合氯铂酸（H₂PtCl₆·6H₂O，≥99.9%）和三乙醇胺（TEOA，≥98.0%）。实验使用电阻率为18.25 MΩ·cm的去离子水。

物理化学表征

如图2(a)所示，通过X射线衍射（XRD）对合成的CN（g-C₃N₄）、STO@T（SrTiO₃@TiO₂）及XSTO@T/CN样品进行晶格组成分析。CN和XSTO@T/CN样品在2θ=13.1°和27.3°处分别显示出两个明显特征峰，这些衍射峰对应g-C₃N₄的（100）和（002）晶面。13.1°处的特征峰源于g-C₃N₄层内三嗪结构单元的有序排列，而27.3°处的强峰则对应其层间共轭芳香体系的堆叠。

结论

通过静电吸附-煅烧法成功制备了含有5%、10%和20% STO@T的STO@T/CN复合光催化剂。界面II型异质结与内置电场的协同效应显著增强了光生电荷的分离与传输效率，从而提升了产氢性能。最优的10% STO@T/CN样品产氢速率达到1547.7 μmol·g^-1·h^-1，是纯CN的两倍。此外，该催化剂在循环实验中表现出良好的稳定性，为太阳能驱动的高效制氢系统提供了有前景的材料设计策略。