1. 文章（zhāng）信息

標題：Ultrathin 2D g-C3N4 nanosheets for visible-light photocatalytic reforming of cellulose into H2 under neutral conditions

中文標題： 超薄二維（wéi）氮化碳納米（mǐ）片用於在中性、可見光條件（jiàn）下的光催化重整纖維素製氫性能研（yán）究  

頁碼：1717-1725  

DOI：  10.1002/jctb.7041                

2. 文（wén）章鏈接

 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jctb.7041  

3. 期（qī）刊信息

期刊名：JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

ISSN：  0268-2575   

2022年影響因子：  3.709  

分區信息： 中科院（yuàn）三區；JCR分區（Q2） 

涉（shè）及研究方向： 工程技術，工程：化工，生物工（gōng）程與應用微生物，化學：綜合  

4. 作者信息：第一作者是  洪遠誌（北華大學） 。通訊作者為  林雪（北華大學），段喜（xǐ）鑫（北華大學）。

5. 光催化活性評價係統型號：北京香蕉视频污视频（yuán）（CEL-SPH2N-D9，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；氣相（xiàng）色譜型號（hào）：北京中教（jiāo）金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。

本工作（zuò）利用三聚氰胺為前驅體，經二次熱氧化剝離法成功製得二維納（nà）米片（6 nm）。采用一（yī）係列的物化表征技術，對所製備材料（liào）的晶相結構、化學（xué）結構、基本形貌、比表麵積大小以及光電化學性質等信息進行了係統表征。然後以纖維素作為犧牲（shēng）劑，在可見光照射（shè）下研究（jiū）了g-C3N4基材料的光催化（huà）重整纖維素製氫性能。結果（guǒ）發現，合成的g-C3N4納米片由於具有超薄的納米層、更（gèng）快的光生載流子分離效率以及（jí）更長的光電荷壽命，展現（xiàn）出最優的光催化重整纖維素製氫性能（néng），其最佳光催化重整製氫速（sù）率可達13.14 μmol/(h·g)。

圖1.（a,b）CN（c,d）CNNs樣品的TEM和（hé）（e-f）CNNs樣品的AFM圖

如圖1所示，采用（yòng）TEM和原子力顯微鏡（AFM）表征（zhēng）進一步觀察CN和CNNs樣品的微觀結構信息。圖1（a）是CN樣品的（de） TEM 圖，可以明顯的看出CN樣品是一種典型的塊體結（jié）構。圖1（b）是CN樣品的局部放大圖（tú），可以（yǐ）觀察到CN樣品凝聚在一起。圖（tú）1（c）是CNNs樣品的TEM圖，CNNs樣品的形貌為2D薄片卷曲（qǔ）狀結構，與CN樣品的形貌相差很大（dà）。圖1（d）是（shì）CNNs樣品的局部放大圖，可以明（míng）顯的觀察到CNNs樣品的卷曲的納米片狀結構。同時進一步證明了二（èr）次熱氧化剝離處理是製備納米片使（shǐ）得其（qí）厚度變（biàn）薄。圖1（e-f）分別是 CNNs納米片的 AFM和厚度測試結果圖。其中，CNNs樣品的平均（jun1）厚度（dù）在6 nm左（zuǒ）右，展現出（chū）納米尺寸的2D薄片結構，也進一步證明（míng）了圖1（d）的結果。

圖2.（a）CN和CNNs樣品的N₂吸/脫附曲線（插圖：孔徑分布圖）；（b）CN和CNNs樣品的FTIR圖

如圖2（a）示，采用了N2吸附-脫附等溫曲（qǔ）線表征獲得CN和CNNs樣品的比表麵積大小。由圖可知，所得樣品都出現明顯的H3回滯環的Ⅳ型吸附等溫曲線表明它們都具有（yǒu）介孔結構（gòu）。然後，通過計算可以得出CN樣品的比表麵積為（wéi）23.2 cm2/g，二（èr）次熱氧化剝離處理（lǐ）的CNNs樣（yàng）品（pǐn）具有更大的比表麵（miàn）積，其比表麵積為93.1 cm2/g，約是CN樣品的4.01倍。因此，較大的比表麵積使得CNNs樣品能夠在（zài）光催化反應中提供更多的反應活性位點，有利於提高光催化重整製氫（qīng）性能。圖（tú）2中的插圖（tú）可知，CN和CNNs樣品的孔徑大約在2~11 nm，進一步證明CN和CNNs樣品具有介孔結構（gòu）。

如圖2（b）所示（shì），采用FTIR表征得到CN和CNNs樣品的官能團結構信息。CN和CNNs樣（yàng）品的紅外吸收峰十分相似（sì），表（biǎo）明它們具有相似的官能團結構。其（qí）中，在（zài）805 cm-1附（fù）近峰屬於三均三嗪結構的環外（wài）振動峰。在1150 cm-1~1650 cm-1附近的幾個（gè）峰屬於C=N鍵和C-N雜環的伸縮振動（dòng）峰。而在3100 cm-1~3550 cm-1附（fù）近的峰（fēng）屬於-NH2的（de）伸縮振動峰。這與XRD分析結果相一致，證明成功製備出CN和CNNs樣品。

圖4.（a）CNNs樣品在不同Pt負（fù）載（zǎi）量條件（jiàn）下光（guāng）催化重整纖維素製氫的平均速率；（b）CNNs樣品在在不同纖（xiān）維（wéi）素（sù）濃度條件下光催化重整纖維（wéi）素製氫的平均（jun1）速率

如圖4（a）所示（shì），通過控製變量法，探（tàn）究以三聚氰胺為前驅體製備CN和CNNs樣品的光催（cuī）化重整纖維素製氫性（xìng）能。由圖可知，在中性條件（jiàn）下，當（dāng）金屬Pt負載量從（cóng）1 wt%到4 wt%時，纖維素的濃（nóng）度為0.50 g/L時，CNNs催化劑的平均製氫速率分別（bié）為5.82 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、10.40 μmol/(h·g)和7.43 μmol/(h·g)。為了證明CNNs光催化（huà）能夠提升光催化重整製氫性能（néng）還對CN催化劑進行了（le）製氫速率的（de）對比，可明（míng）顯的觀（guān）察到（dào）CN的光催化（huà）重整製氫速率（lǜ）為3.34 μmol/(h·g)，明顯降低。由此可見，當金屬Pt負載（zǎi）量為2 wt%時，二次熱氧化剝離處理的CNNs樣（yàng）品的可見光光催化重整製氫速率達到（dào）13.14 μmol/(h·g)，是（shì）相同（tóng）條件下（xià）CN催化劑的3.9倍。

由（yóu）圖4（b）可知，通過（guò）控製變量法，探究以CNNs樣品的光催化重整纖維素製氫性能。在中性條件下，當金屬（shǔ）Pt負載量（liàng）為2 wt%，纖維素（sù）濃度由0 增加到1.0 g/L下的平均製氫速率分（fèn）別（bié）為0、6.25 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、9.25 μmol/(h·g)和7.38 μmol/(h·g)。隨（suí）著纖維素（sù）濃度的增加，光（guāng）催化重整製氫速率（lǜ）也逐漸增（zēng）加，當纖維素（sù）的濃度超過0.50 g/L時，隨後纖維素（sù）的濃度增加製氫速率明顯降（jiàng）低。這（zhè）一結果表明，當添加適量的纖維素時可提高光催化重整（zhěng）製氫性能，過量的纖維素濃度則（zé）適（shì）得其反。因此，當金（jīn）屬Pt負載量為2 wt%，纖維素的濃度為0.50 g/L時達到了理想化的最大值，這可能是由（yóu）於CNNs樣品具有更大的比表麵積和較（jiào）高的光生載流子分離效率等優勢。