二维多孔功能化gCN与CuCo LDH的界面工程增强光催化产氢：机理与动力学研究

本文报道了一种无贵金属的2D CuCo LDH/功能化多孔g-C3N4(f/p-gCN) Type II异质结光催化剂，通过能带工程和表面改性实现了585 μmol g-1的可见光催化产氢效率，较单一组分提升5.5-9倍。该研究为开发低成本、高稳定性的太阳能-氢能转换材料提供了新策略。

　　

Highlight

无贵金属的2D CuCo LDH分散在氧功能化多孔g-CN(f/p-gCN)上形成Type II异质结，展现出卓越的可见光催化产氢性能。通过简易室温共沉淀法合成CuCo LDH，热聚合结合硝酸处理获得具有片状形貌和表面随机孔隙的g-CN，其带隙从体相g-C₃N₄的2.72 eV缩小至2.53 eV，归因于价带(VB)0.1 eV和导带(CB)0.09 eV处引入的中间能态，显著提升了电荷迁移率和可见光吸收。

X射线衍射分析

XRD图谱显示纯f/p-gCN在2θ=13.1°和27.3°处出现特征峰，分别对应(100)晶面和(002)晶面。CuCo LDH在13.9°、31.47°、32.32°等处显示典型衍射峰，证实了层状结构的成功构建。

动力学模型

光催化产氢反应涉及两相过程：反应物(CH₃OH和H₂O)在催化剂表面的吸附及后续光催化反应。采用改进的Langmuir-Hinshelwood(L-H)动力学模型分析发现，反应速率主要受甲醇和水的吸附速率控制。

结论

本研究通过简易方法构建了2D/2D型f/p-gCN/CuCo LDH异质结，其0.49%的表观光量子效率源于：1)二维界面提供的高效电荷传输通道；2)显著的可见光吸收增强；3)优化的载流子分离效率。该工作为开发非贵金属基太阳能燃料转换材料提供了新思路。