g-C3N4/γ-Al2O3/TiO2异质结中电子转移级联效应对光催化水分解产氢的增强机制与可持续能源应用研究

本推荐聚焦于g-C3N4/γ-Al2O3/TiO2三元异质结的光催化产氢性能。研究通过溶胶-凝胶法构建了具有电子级联转移（electron-transfer cascade）的异质结构，在可见光下产氢速率达1279.3 μmol/g·h，较纯g-C3N4提升4倍。非晶γ-Al2O3作为电子中介体有效抑制载流子复合，为可持续能源（SDGs #7）提供低成本解决方案。

　　

Highlight

Chemicals

钛酸四异丙酯（TTIP）、氢氧化钠（NaOH）和乙醇购自默克公司。硝酸铝九水合物（Al(NO₃)₃·9H₂O）和三聚氰胺（melamine）购自西格玛奥德里奇公司。

Synthesis of pure g-C₃N₄, TiO₂ and γ-Al₂O₃

将10克三聚氰胺在550°C下以4.5°C/分钟的升温速率煅烧2小时，制得g-C₃N₄粉末。TiO₂和γ-Al₂O₃的合成遵循先前开发的方法[24,25]。

g-C₃N₄/γ-Al₂O₃/TiO₂ synthesis

采用溶胶-凝胶法合成g-C₃N₄/γ-Al₂O₃/TiO₂异质结。通过取1毫升TTIP、0.065克g-C₃N₄和0.032克γ-Al₂O₃制备纳米复合材料。

Characterization of photocatalysts

材料的X射线衍射（XRD）图谱如图1a所示，呈现了γ-Al₂O₃、TiO₂、g-C₃N₄及其纳米复合结构的晶相。纳米复合材料中锐钛矿相的TiO₂占主导，2θ值在25.6°、38.2°、48.5°、63.2°、70.2°和76.2°处观察到峰，分别对应（101）、（004）、（200）、（204）、（116）和（215）晶面，与JCPDS编号21–1272匹配[26]。25.66°处的显著峰证实了TiO₂的锐钛矿结构。

Conclusions

在本研究中，我们通过原位合成制备了g-C₃N₄/γ-Al₂O₃/TiO₂异质结，展示了通过水分解高效光催化产氢的性能。γ-Al₂O₃的无序原子结构作为TiO₂和g-C₃N₄晶格之间的中介体，显著增强电子转移，从而促进纳米复合材料内的级联电荷转移机制。三元纳米复合材料在4小时后的产氢速率达到1279.3 μmol/g·h。