Modificação do cocatalisador da liga PtNi do híbrido g-C3N4 / GO sensibilizado com Eosina Y para evolução eficiente do hidrogênio fotocatalítico com luz visível

Resumo

Um cocatalisador de liga à base de Pt econômico e eficaz atraiu considerável atenção devido à sua excelente atividade catalítica e redução do uso de Pt. Neste estudo, o cocatalisador de liga PtNi foi decorado com sucesso no g-C ₃ N ₄ / GO fotocatalisador híbrido por meio de um método fácil de redução química. O g-C sensibilizado com Eosin Y ₃ N ₄ /PtNi/GO-0,5% do fotocatalisador composto produz cerca de 1,54 e 1178 vezes maior taxa de evolução de hidrogênio do que g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ Amostras de /Ni/GO-0,5%, respectivamente. Mecanismo de desempenho aprimorado para o g-C ₃ N ₄ O composto / PtNi / GO também foi investigado por diferentes caracterizações, como fotoluminescência, resposta de fotocorrente transitória e TEM. Esses resultados indicaram que o aumento da eficiência de separação de carga e locais mais reativos são responsáveis pelo melhor desempenho de evolução de hidrogênio devido ao efeito sinérgico positivo entre Pt e Ni. Este estudo sugere que a liga PtNi pode ser usada como um cocatalisador econômico e eficaz para a reação de evolução de hidrogênio.

Histórico

A evolução sustentável e em larga escala do hidrogênio a partir da água usando energia solar é considerada um dos métodos promissores para resolver a crise energética e a poluição ambiental [1, 2]. Para atingir este objetivo, um fotocatalisador de resposta à luz visível e um cocatalisador eficiente são necessários [3,4,5]. Normalmente, o carregamento de metal nobre Pt como um cocatalisador eficiente é altamente necessário para atingir uma alta taxa de evolução de hidrogênio [6,7,8]. Porém, a Pt é rara e cara, o que dificulta sua aplicação prática. É desejável reduzir a quantidade de uso de Pt e, ao mesmo tempo, manter sua excelente atividade catalítica para a evolução de hidrogênio. Substituir parte da Pt por metal de transição (Ni, Co, Cu, Fe, etc.) para formar um cocatalisador de liga bimetálica é uma forma potencial promissora para alcançar excelente atividade catalítica e reduzir o uso de Pt [9,10,11]. Em alguns casos, o desempenho catalítico do cocatalisador de liga bimetálica à base de Pt é comparável ao Pt puro devido ao efeito sinérgico positivo entre os dois metais. Portanto, um fotocatalisador de resposta à luz visível carregado com um cocatalisador de liga bimetálica tem recebido mais atenção recentemente.

Yu et al. relataram que PtCo ou liga de PtNi com co-catalisador modificado Cu ₂ ZnSnS ₄ mostrou H ₂ mais alto eficiência de produção do que o puro Pt carregando Cu ₂ ZnSnS ₄ [12]. Pt ₃ CdS decorado com cocatalisador co-bimetálico foram preparados por Hu et al. e exibiu desempenho aprimorado de evolução de hidrogênio [13]. PtCo e / ou PtFe carregando Zn _{1 - x} Cd _x S também foram avaliados em estudos anteriores [14, 15]. No entanto, desempenho fotocatalítico de baixa luz visível de Cu ₂ ZnSnS ₄ ou a alta toxicidade do Cd dificulta sua aplicação prática em larga escala. Nitreto de carbono (g-C ₃ N ₄ ) tem chamado a atenção devido ao seu baixo custo [16]. Han et al. relatou que um H ₂ taxa de evolução de 960 μmol g ⁻¹ h ⁻¹ foi obtido no PtCo / g-C ₃ N ₄ fotocatalisador sob λ Irradiação> 400 nm [17]. PtNi _x / g-C ₃ N ₄ O fotocatalisador hybird também foi estudado por Bi et al., e um H ₂ taxa de evolução de 8.456 μmol g ⁻¹ h ⁻¹ foi alcançado sob irradiação espectral total [18]. No entanto, o desempenho fotocatalítico de luz visível para g-C modificado por cocatalisador de liga bimetálica ₃ N ₄ o fotocatalisador ainda está um pouco baixo devido ao amplo gap de 2,7 eV e à baixa capacidade de transferência de elétrons. G-C sensibilizado com eosina Y ₃ N ₄ pode coletar uma ampla gama de luz visível [19, 20]. O óxido de grafeno (GO) possui alta propriedade de transporte de elétrons e tem sido amplamente utilizado como aceptor de elétrons [21,22,23,24,25]. Combinando g-C ₃ N ₄ e GO pode promover a capacidade de transferência de elétrons em g-C ₃ N ₄ e, assim, melhorar a separação do par elétron-buraco para melhorar o desempenho fotocatalítico para a evolução do hidrogênio [26,27,28,29,30,31]. Recentemente, relatamos um eficiente g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / Pt / GO fotocatalisador composto para evolução de hidrogênio [23]. O caro cocatalisador de Pt desempenha um dos papéis importantes para o desempenho de produção de hidrogênio relativamente alto. A fim de diminuir o uso caro de Pt e melhorar ainda mais seu desempenho fotocatalítico visível, explorando g-C sensibilizado com Eosina Y de baixo custo ₃ N ₄ / GO fotocatalisador composto carregado com cocatalisador de liga à base de Pt é útil.

Aqui, o g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / PtNi / GO fotocatalisador composto foi preparado para a evolução de hidrogênio da água. A maior taxa de evolução de hidrogênio de 5,89 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ é obtido sobre o g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / PtNi / GO fotocatalisador, que é muito mais alto do que o g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / Pt / GO e g-C ₃ N ₄ Amostras compostas / Ni / GO. Até onde sabemos, não há nenhum relatório anterior de que o g-C sensibilizado com Eosin Y ₃ N ₄ O composto / PtNi / GO é empregado para a produção de hidrogênio a partir da água. A proporção molar ideal de Pt / Ni e a quantidade de cocatalisador PtNi foram selecionados em detalhes. Além disso, mecanismo de desempenho fotocatalístico aprimorado para o g-C ₃ N ₄ O compósito / PtNi / GO também foi investigado por meio de diferentes métodos de caracterização.

Seção Experimental

Síntese do g-C ₃ N ₄

g-C ₃ N ₄ os pós foram sintetizados conforme descrito no estudo anterior [32]. Em um procedimento típico, ureia (8 g) foi colocada em um cadinho de alumina com uma tampa. O cadinho foi aquecido a 600 ° C a uma taxa de aquecimento de 5 ° C / min e mantido por 2 h em um forno tubular. Após o tratamento térmico, o amarelo claro g-C ₃ N ₄ pós foram coletados para uso posterior.

Preparação do GO

GO foi preparado usando o método Hummers modificado [33]. Grafite natural (10 g) e NaNO ₃ (5 g) foram colocados em um copo. Em seguida, foram adicionados 230 mL de ácido sulfúrico concentrado e o processo deve ser o mais lento possível. A reação acima foi prosseguida com agitação sob banho de água gelada. A seguir, 10 g KMnO ₄ foi adicionado à solução de mistura e reagiu durante 3 h. A temperatura da solução foi elevada para 35 ° C e foi mantida durante 4 h. Em seguida, 460 mL de água destilada foi vertida na solução acima e aquecida até cerca de 98 ° C durante 3 h. Após a reação, uma certa quantidade de H ₂ O ₂ (30%) e ácido clorídrico concentrado foram adicionados sob agitação com o objetivo de remover o excesso de KMnO ₄ e SO ₄ ²⁻ . Por fim, a amostra GO foi obtida por liofilização por 24 horas.

Síntese de g-C ₃ N ₄ / Ni / GO, g-C ₃ N ₄ / Pt / GO e g-C ₃ N ₄ / Pt _x Ni _y / GO Fotocatalisadores compostos

Síntese de g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO- X ( X representa a proporção em peso de cocatalisador PtNi para g-C ₃ N ₄ / GO composto e a razão molar de Pt para Ni é 1:1):Em um típico, 133 mg de g-C ₃ N ₄ foram dispersos em 50 mL de etanol anidro. Excesso de NaBH ₄ o redutor foi adicionado à solução de mistura sob agitação. Então, um certo volume de NiCl ₂ · 6H ₂ Solução O (0,1 mol / L) e H ₂ PtCl ₆ solução (1,0 mmol / L) foram adicionados gota a gota à solução anterior. A fim de investigar o procedimento adicionado de NiCl ₂ · 6H ₂ O e H ₂ PtCl ₆ soluções, três métodos incluindo carregamento simultâneo de Pt e Ni, carregamento de Pt e Ni ou no reverso foram escolhidos. Em seguida, a solução de suspensão foi agitada por 5 h para atingir uma dispersão uniforme para o cocatalisador PtNi no g-C ₃ N ₄ . Depois disso, o g-C ₃ N ₄ / PtNi-X amostras foram coletadas por centrifugação para lavar o excesso de NaBH ₄ por várias vezes. Depois, 67 mg de GO e o g-C ₃ N ₄ / PtNi-X amostras foram dispersas em 100 mL de água destilada simultaneamente. A solução de suspensão foi submetida a ultrassom a 500 W por 10 h. Depois disso, uma série de g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO- X fotocatalisadores compostos foram obtidos por centrifugação e, em seguida, secos a 60 ° C em um forno a vácuo por uma noite. Outros cocatalisadores de liga bimetálica de PtNi com diferentes razões molares de Pt / Ni (9:1, 3:1, 1:3, 1:9) também foram preparados como o método acima mencionado, que denominado como Pt ₉ Ni ₁ , Pt ₃ Ni ₁ , Pt ₁ Ni ₃ , e Pt ₁ Ni ₉ , respectivamente, especialmente, a razão de 1:1 M do nome Pt / Ni como PtNi.

Síntese de g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0,5% amostras (0,5% representa a proporção em peso de Ni ou Pt para o g-C ₃ N ₄ / GO composto):O g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ As amostras /Pt/GO-0,5% foram preparadas com o mesmo procedimento de preparação de g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO-X amostras, exceto para adicionar diferentes volumes de NiCl ₂ · 6H ₂ Solução O ou H ₂ PtCl ₆ solução. A proporção de peso de 2:1 de g-C ₃ N ₄ to GO é escolhido em todos os g-C ₃ N ₄ / Ni / GO, g-C ₃ N ₄ / Pt / GO e g-C ₃ N ₄ / Pt _x Ni _y / GO amostras compostas de acordo com nosso estudo anterior [32].

Métodos de caracterização

Os padrões de XRD foram obtidos usando um difratômetro de difração de raios X (Bruker D8-Advance, Germany) com radiação Cu-Kα. Imagens TEM das amostras foram registradas através da microscopia eletrônica de transmissão (JEM-2100, Japão). Os estados químicos de superfície dos fotocatalisadores foram medidos por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS, AXISULTRA) com raios-X monocromáticos de Al Ka (1486,6 eV). Os espectros de fotoluminescência (PL) foram medidos em um espectrômetro JY HORIBA FluoroLog-3, e o comprimento de onda excitado de 460 nm foi escolhido. As curvas de resposta da fotocorrente foram realizadas em uma estação de trabalho eletroquímica (CHI660E, Chenhua, China) usando uma célula de três eletrodos padrão convencional sob irradiação de luz visível (λ> 420 nm). 0,1 mol / L Na ₂ SO ₄ solução foi usada como eletrólito.

Medição da atividade fotocatalítica

Os experimentos fotocatalíticos foram conduzidos em uma célula Pyrex com uma janela plana superior a 6 ° C. Normalmente, 50 mg de pó de fotocatalisador e 50 mg de corante Eosina Y foram adicionados em 100 mL de H ₂ O contendo 20% vol ( v / v) trietanolamina (TEOA, pH =7). Uma lâmpada de xenônio de 300 W (D59, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) acoplada a um filtro de corte de UV (> 420 nm) foi usada como fonte de luz. As quantidades de hidrogênio foram medidas por cromatografia gasosa (GC-7920, TCD, transportador Ar).

Resultados e discussão

Os padrões de XRD de g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5%, g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ Amostras /PtNi/GO-0,5% são mostradas na Fig. 1. Dois picos de difração óbvios são observados para as três amostras. Um pequeno pico centrado em 2θ =13,8 ° é atribuído ao (100) pico de g-C ₃ N ₄ , que surge do motivo de empacotamento estrutural no plano [34]. O pico de difração forte em 27,4 ° é indexado como o pico (002) de g-C ₃ N ₄ , que corresponde ao empilhamento intercamada do sistema aromático conjugado [35]. Para as três amostras avaliadas, nenhum sinal de difração do cocatalisador GO, Pt e / ou Ni foi detectado. Esfoliação suficiente de GO no composto pode resultar em nenhuma informação de GO [28]. Enquanto a quantidade de Pt e / ou Ni são muito pequenas para serem detectadas pelo método XRD. Conforme mostrado na Fig. 2, as três amostras diferentes exibem uma estrutura laminar mais fina semelhante após o tratamento ultrassônico. Um contato íntimo formado entre a estrutura em camadas 2D de g-C ₃ N ₄ e a estrutura de nanosheet de GO. Na Fig. 2a, b, um pouco maior de nanopartículas de Ni ou Pt estão dispersas na intercamada ou superfície de g-C ₃ N ₄ . Comparado com Ni e Pt puros, o tamanho das partículas do cocatalisador da liga PtNi é reduzido e a dispersão do cocatalisador da liga PtNi é melhorada (ver Fig. 2c). O pequeno tamanho do cocatalisador da liga PtNi fornecerá locais mais reativos para a evolução do hidrogênio, e a alta dispersão do cocatalisador da liga PtNi é beneficiada pela transferência de elétrons de g-C ₃ N ₄ e / ou vá para o cocatalisador PtNi. A dispersão melhorada do cocatalisador de liga de PtNi também foi observada em estudo anterior [36]. A razão da precisão precisa ser mais investigada.

A fim de investigar o elemento químico de superfície e os estados de valência de g-C ₃ N ₄ / Ni / GO, g-C ₃ N ₄ / Pt / GO e g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO amostras, espectros XPS de alta resolução das três amostras diferentes foram medidos e os resultados são mostrados na Fig. 3. Na Fig. 3a, o espectro XPS de C 1 s pode ser ajustado em dois picos fortes com a ligação energias em cerca de 284,8 eV e 288,2 eV, que são atribuídos a CC e N =CN, respectivamente [37]. Os dois picos são característicos das espécies de carbono em g-C ₃ N ₄ . Também são obtidos dois pequenos picos a 286,7 eV e 287,7 eV, que pertencem aos grupos funcionais C-O e C =O na superfície do GO, respectivamente [38]. Na Fig. 3 (b), os picos característicos de C-N-C, N- (C) ₃ , e grupos C-N-H em g-C ₃ N ₄ foram detectados, que estão localizados nas energias de ligação de 398,7, 400,3 e 401,4 eV, respectivamente [39]. Na Fig. 3 (c), as energias de bandas de O 1 s são encontradas em 532,4 e 533,8 eV, que são atribuídas a grupos funcionais contendo oxigênio na amostra composta e adsorção de superfície de espécies de oxigênio, respectivamente [40]. A Figura 3 (d) exibe os espectros XPS do dupleto Pt 4f (4f _7/2 e 4f _5/2 ) O Pt 4f _7/2 e 4f _5/2 os picos estão localizados em 70,97 e 74,28 eV para o g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% amostra, respectivamente, que representam o sinal de Pt ⁰ [41, 42]. Para o g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0,5% da amostra, as energias de ligação orbital de Pt 4f mudam cerca de 0,42 eV para alta energia de ligação em comparação com Pt puro. O deslocamento de pico óbvio sugere que o elétron Pt é uma leve perda, o que indica que o cocatalisador da liga PtNi é formado no g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% sample. Conforme mostrado na Fig. 3e, as energias de ligação em 852,54 e 870,18 eV podem ser atribuídas a Ni 2p _3/2 e Ni 2p _1/2 para o g-C ₃ N ₄ / Ni / GO-2% amostra, respectivamente, que são o sinal de caracterização de Ni ⁰ [43]. Comparado com g-C ₃ N ₄ / Ni / GO-2%, as energias de ligação do Ni 2p mudaram para baixa energia de ligação para o g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO-2% amostra. O resultado sugere que ocorre uma mudança no ambiente circundante dos átomos de Ni, o que confirma ainda mais que o cocatalisador da liga PtNi foi sintetizado com sucesso [41]. A proporção molar exata de Pt para Ni no g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% amostra é 9:11 por meio de medição XPS. Com base na análise acima, pode-se concluir que o g-C ₃ N ₄ O compósito / PtNi / GO com a liga PtNi como cocatalisador foi obtido pela combinação de um método sonoquímico de fase líquida fácil com um método de redução química.

A Figura 4 mostra o H ₂ taxa de evolução da série de g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% amostras carregadas com diferentes tipos de cocatalisador. Carregamento simultâneo de nomes Pt e Ni como g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5%; Carregamento de nomes Pt e Ni como g-C ₃ N ₄ /Pt-Ni/GO-0.5%; Carregamento de nomes Ni e Pt como g-C ₃ N ₄ /Ni-Pt/GO-0.5%. Para g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ Amostra /Ni/GO-0,5% com Ni puro como cocatalisador, o H ₂ a taxa de evolução é muito baixa e atinge apenas 0,005 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ . Após substituir Ni por Pt como cocatalisador, um aumento significativo de H ₂ taxa de evolução é observada, que aumenta drasticamente para 3,82 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ para g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% sample. O resultado sugere que o carregamento eficiente do cocatalisador Pt é necessário para atingir um desempenho excelente para H ₂ geração. Quando empregada liga PtNi como cocatalisador, o g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% composto mostra o maior H ₂ taxa de evolução de 5,89 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ , que é cerca de 1,54 e 1178 vezes maior do que g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ Amostras de /Ni/GO-0,5%, respectivamente. O desempenho aprimorado pode ser atribuído ao efeito sinérgico positivo entre Pt e Ni. Comparado com o cocatalisador Pt puro, o cocatalisador de liga PtNi acelera o acúmulo de elétrons fotongenerados, o que fornecerá mais elétrons para a evolução do hidrogênio [18]. Além disso, o tamanho pequeno e a alta dispersão do cocatalisador de liga PtNi podem fornecer mais H ₂ locais de evolução e aumentam a transferência de elétrons, respectivamente. Quando carregado Pt e depois Ni ou ao contrário, uma redução óbvia de H ₂ atividade de evolução é observada. De fato, carregar Pt e então Ni ou ao contrário não forma o cocatalisador da liga PtNi [44]. O resultado indica que alcançar H ₂ alto A taxa de geração depende fortemente do emprego de um cocatalisador de liga de PtNi eficiente.

A composição do cocatalisador da liga PtNi tem um efeito importante na atividade catalítica para H ₂ evolução. Portanto, o H ₂ taxa de produção de g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / Pt _x Ni _y Amostras /GO-0,5% carregadas com diferentes razões molares Pt / Ni foram investigadas e os resultados são mostrados na Fig. 5a. O H ₂ a taxa de produção é aumentada gradualmente com o aumento da razão molar Ni / Pt. Quando a razão molar de Ni / Pt é 1:1, a maior taxa de produção de hidrogênio de 5,89 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ é obtido. Aumentar ainda mais a quantidade de Ni leva a uma queda no H ₂ atividade de evolução. A degradação de H ₂ o desempenho da geração pode vir da redução do número de sites ativos Pt para H ₂ evolução. Os sítios ativos de Pt têm adsorção mais forte de íons de hidrogênio do que o Ni [12]. Portanto, H ₂ a evolução ocorre preferencialmente em Pt em vez de Ni. A Figura 5b mostra o H ₂ taxa de produção de g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / PtNi / GO amostras carregadas com diferentes quantidades de cocatalisador de liga PtNi. Quando o teor de peso do cocatalisador de liga PtNi é de 0,5%, uma taxa de evolução de hidrogênio de 2,45 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ é obtido para o g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.25% amostra. A taxa de evolução de hidrogênio aumenta de 2,45 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ para o valor mais alto de 5,89 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ após a quantidade de cocatalisador de liga PtNi até 0,5%. Ao aumentar ainda mais a quantidade de cocatalisador de liga PtNi, o desempenho de evolução de hidrogênio mostra uma ligeira diminuição. O excesso de cocatalisador de liga de PtNi pode impedir a absorção de luz de Eosina Y e g-C ₃ N ₄ e assim degradar o desempenho fotocatalítico. A estabilidade da geração de hidrogênio para o g-C ₃ N ₄ A amostra /PtNi/GO-0,5% também foi medida e o resultado é mostrado na Fig. 6. Após o teste de 4 ciclos, a taxa de geração de hidrogênio para o g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% amostra mostra uma ligeira diminuição, o que indica que o g-C ₃ N ₄ A amostra composta /PtNi/GO-0,5% tem relativamente estabilidade para evolução de hidrogênio. Uma forte ligação covalente entre o carbono e o nitreto em C ₃ N ₄ e a fraca degradação da Eosina Y são as duas principais razões para a estabilidade da evolução do hidrogênio de g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% sample [19, 45].

A fim de investigar o mecanismo para o desempenho fotocatalístico aprimorado de g-C ₃ N ₄ / PtNi / GO amostra com liga PtNi como cocatalisador, duas possíveis razões de absorção de luz e eficiência de separação de carga foram avaliadas. A Figura 7 mostra os espectros de refletância difusa de UV-Vis de g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5%, g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% samples. As três amostras diferentes exibem uma absorção óbvia após cerca de 450 nm, que é do cocatalisador de metal [18]. O g-C ₃ N ₄ A amostra /Ni/GO-0,5% com Ni puro como cocatalisador mostra a absorção mais forte após cerca de 450 nm. No entanto, o H ₂ taxa de evolução para o g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5% sample é o mais baixo. O resultado sugere que o H ₂ melhorado o desempenho da evolução não vem da absorção de luz aprimorada.

A eficiência de separação de carga pode ser caracterizada pelo espectro de extinção de fotoluminescência (PL) [46, 47]. Em geral, uma forte intensidade de espectros de PL indica recombinação de portadores de carga séria. A Figura 8a mostra os espectros de extinção de fotoluminescência (PL) de Eosina Y pelo g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5%, g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% samples. Apenas a solução de Eosina Y sem fotocatalisador exibe um pico de emissão extenso em cerca de 540 nm por causa da estrutura de xanteno conjugado de Eosina Y e forte capacidade de recombinação de pares de elétron-buraco fotogenerados em Eosina Y excitada. A extinção de fluorescência óbvia é observada após a adição de diferentes tipos de fotocatalisadores em a solução Eosin Y. A extinção da fluorescência sugere que os elétrons se transferem para os fotocatalisadores da Eosina Y excitada e, em seguida, migram para o cocatalisador para a redução do próton. Além disso, há um pequeno deslocamento para o azul (ca. 1,3 nm) dos espectros de extinção de PL para os três diferentes fotocatalisadores compostos avaliados, que pode ser atribuído à interação de empilhamento não covalente π-π entre Eosina Y, gC ₃ N ₄ e GO [48]. Os espectros de extinção de PL de g-C ₃ N ₄ A amostra /Pt/GO-0.5% mostra uma intensidade moderada, que é inferior a g-C ₃ N ₄ Amostra de /Ni/GO-0.5%. É importante ressaltar que o g-C ₃ N ₄ A amostra /PtNi/GO-0,5% exibe a menor intensidade de fluorescência, o que implica que o cocatalisador de liga PtNi é o cocatalisador mais eficiente para melhorar a eficiência de separação de carga do que Pt ou Ni puro. O resultado é consistente com a atividade de evolução H2 (ver Fig. 4). Para verificar ainda mais o processo de transferência de carga, as respostas transientes da fotocorrente de g-C ₃ N ₄ /Ni/GO-0.5%, g-C ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ Amostras de /PtNi/GO-0,5% foram medidas e os resultados são mostrados na Fig. 8b. O g-C ₃ N ₄ A amostra /PtNi/GO-0,5% exibe a maior resposta de fotocorrente sob irradiação de luz visível (λ> 420 nm), o que confirma ainda que o emprego do cocatalisador de liga de PtNi é essencial para melhorar a eficiência de separação de carga. Com base nos resultados acima, a atividade de evolução de H2 melhorada para o g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ O composto /PtNi/GO-0,5% é atribuído à eficiência aprimorada de separação de carga.

De acordo com os resultados acima e a análise do mecanismo, propomos um diagrama esquemático para entender o H ₂ processo de evolução para g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ / Amostra composta PtNi / GO (Fig. 9). Sob irradiação de luz visível, os elétrons fotogerados no LUMO da Eosina Y excitada são transferidos para g-C ₃ N ₄ e / ou GO e então para o cocatalisador de liga PtNi para redução de prótons. Enquanto isso, os elétrons fotoexcitados no CB de g-C ₃ N ₄ também flui para o cocatalisador de liga PtNi para H ₂ reação de evolução. Ao mesmo tempo, os orifícios fotogerados ou os corantes Eosina Y oxidados oxidam diretamente o agente sacrificial TEOA.

Conclusão

Ternário g-C ₃ N ₄ O compósito / PtNi / GO foi sintetizado combinando um método sonoquímico de fase líquida fácil com um método de redução química. O g-C sensibilizado com Eosin Y ₃ N ₄ /PtNi/GO-0.5% composto mostra a maior taxa de evolução de hidrogênio de 5,89 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ , que é cerca de 1,54 e 1178 vezes maior do que g-C sensibilizado com Eosina Y ₃ N ₄ /Pt/GO-0.5% e g-C ₃ N ₄ Amostras de /Ni/GO-0,5%, respectivamente. A atividade fotocatalítica aumentada pode ser atribuída ao efeito sinérgico positivo entre Pt e Ni, bem como sítios mais reativos, o que leva a uma separação eficiente de pares elétron-buraco fotoexcitados. Este estudo demonstra que a liga PtNi pode ser empregada como um cocatalisador econômico e eficiente para a evolução fotocatalítica de hidrogênio.

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