石墨炔是一种新型的碳材料，因其优异的性能而备受关注。与常规方法不同的是，本文采用一锅法制备Graphdiyne(CnH2n-2)-CuI二元异质结，然后与NiCo LDH结合。研究证实基于石墨炔构建双S异质结是有效提高光催化分解水制氢的有效途径。
能源危机和环境污染问题推动了光催化技术在环境治理和光催化制氢中的应用，制备可替代不可再生能源的清洁能源是科学研究的重点。石墨炔是一种新型的单原子层状碳的同素异形体，实现了sp、sp2杂化碳原子在二维(2D)平面上的共存。本文采用一锅法制备GDY-CuI二元异质结并通过超声搅拌法制备了三元杂化光催化剂(GDY/CuI/NiCo LDH)。在该三元共聚物杂化光催化剂中，不同形貌的NiCo LDH (纳米花和纳米棒)、GDY和CuI之间双s型异质结的构建促进了电子转移，在光催化反应中表现出较强的氧化还原能力，从而增强了析氢活性。
图1. (A) GDY的FTIR光谱;(B) GDY的拉曼光谱。
图1A 在2190cm-1的GDY红外光谱波段来自C≡C拉伸振动；GDY的拉曼光谱中1999 cm-1和2178 cm-1处的特征峰特属于-C≡C-C≡C-(共轭二乙炔键)的振动。
图2 (A) GDY-CuI、NiCoLDH-F、 NiCoLDH-R、NCFG-12、 NCRG-10、 NCFGD-12和 NCRGD-10的H2演化; (B)复合催化剂NCFGD-x (x=8, 10, 12, 14) 的H2演化; (C)复合催化剂NCRGD-x (x=8, 10, 12, 14) 的H2演化; (D) NCFG-12在不同PH条件下H2的演化; (D) NCRGD-10在不同PH条件下H2的演化; (F) NCFG-12和NCRGD-10的稳定性试验。
图2A-C所示，将单一催化剂GDY-CuI和不同形貌的NiCo LDH按不同比例调节制备复合催化剂。NCFGD-12在5h时产氢量达到12.09 μmol·h-1, NCRGD-10在5h时产氢量达到13.47 μmol·h-1。在图2B-C, 氢产量呈先增大后减小的“山峰状”。如图2D-E, 相同产氢环境下，pH=9的牺牲试剂TEOA更有利于NCFGD-12和NCRGD-10催化剂释氢，图2F中25 h连续产氢实验证实了此光催化剂良好的光催化产氢稳定性。
图3(A-D) GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的带隙结构; (F-I) GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R能带结构。
图3C-F，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的带隙分别为0.86 eV、2.92 eV、1.60 eV和1.66 eV；图3F-I所示，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R的平带电位分别为-1.11、0.35、-0.68和-0.74 eV，这与之前的报道一致。从图3F-I中得出，GDY、CuI、NiCo LDH-F和NiCo LDH-R均是n型半导体。
本文采用超声搅拌法制备了GDY/CuI/NiCo LDH三元异质结光催化剂。同时双s异质结的形成有效抑制光载流子的配对，提高了光吸收能力，更多的光生电子参与H+的还原,光催化体系的析氢能力得以提高,这无疑为构建高效的光催化制氢体系提供新的设计思路。
论文信息
Graphdiyne(CnH2n-2)-Based NiCo LDH – Graphdiyne – CuI Double S-Scheme Heterojunction For Efficient Photocatalytic Hydrogen Production
Dr. Yueyang Zhang, Dr. Hai Liu, Dr. Mengxue Yang, Dr. Shanchi Liu, Prof. Zhiliang Jin
ChemPhotoChem
DOI: 10.1002/cptc.202200240
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