1. 文章信息

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

中文標題： 超薄二維氮化碳納米片用於在中性、可見光條件下的光（guāng）催化重整纖維素製氫性（xìng）能研究  

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（xìn）息： 中科院三（sān）區；JCR分區（Q2） 

涉及研究方向： 工程技術，工程：化工，生物工程與應用微生物，化學：綜合  

4. 作者信息：第一作者是  洪遠（yuǎn）誌（北華大學） 。通訊作者為  林雪（北華大學），段喜鑫（北華（huá）大學）。

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

本工作利用三聚氰胺為（wéi）前驅體，經二次熱（rè）氧化剝離法成功製得二（èr）維納米片（6 nm）。采用一係列（liè）的物化表征技（jì）術，對所製備材料的晶相結構、化學結構、基（jī）本形貌、比（bǐ）表（biǎo）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（xī）牲劑，在可見光照射下（xià）研究了g-C3N4基材料的光催化重整纖維素製氫性能。結果發現，合成的g-C3N4納米片由（yóu）於具有超薄的（de）納米（mǐ）層、更快的光生載流子分離效率以及更長的光電荷（hé）壽命，展現出最（zuì）優的光催化重整纖維素製氫性能（néng），其最佳光催（cuī）化重整製氫速率可達13.14 μmol/(h·g)。

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

如圖（tú）1所示，采用TEM和（hé）原子力顯微鏡（AFM）表（biǎo）征進一步觀（guān）察CN和（hé）CNNs樣品的微觀結構信息。圖1（a）是CN樣品的 TEM 圖，可以明顯的（de）看出CN樣（yàng）品是一（yī）種典型的（de）塊體結構。圖1（b）是CN樣品的局部放大圖，可以觀察到CN樣品凝聚在一起。圖1（c）是CNNs樣品的TEM圖，CNNs樣品的形貌為2D薄片卷曲狀結構，與CN樣品的形貌相差很大。圖1（d）是CNNs樣品的局部放大圖，可以明顯的觀察到CNNs樣品的卷曲的納（nà）米片狀結構。同時進一步證明了二次熱（rè）氧化（huà）剝離處理是製備納米片使得其厚度變薄。圖1（e-f）分別是（shì） CNNs納米片的 AFM和厚度測試結果（guǒ）圖。其中，CNNs樣品的平均厚度在6 nm左右，展現出納米尺寸的（de）2D薄片結構，也進一（yī）步證明了圖1（d）的結果。

圖2.（a）CN和CNNs樣品的N₂吸/脫附曲（qǔ）線（xiàn）（插圖：孔徑（jìng）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（děng）溫曲線（xiàn）表（biǎo）征獲得（dé）CN和CNNs樣品的比表麵（miàn）積大小。由圖可知，所得樣（yàng）品都出現（xiàn）明顯的H3回（huí）滯環的Ⅳ型吸附等溫曲線表明它們都具（jù）有介孔結（jié）構。然後，通過計算（suàn）可以得出CN樣品的比表麵積為23.2 cm2/g，二（èr）次熱氧化剝離處理的CNNs樣品具有（yǒu）更大的比表麵積，其比表麵積為93.1 cm2/g，約（yuē）是CN樣品的4.01倍。因此，較大的比表（biǎo）麵積使得CNNs樣品能夠在光催化反（fǎn）應中提供更多（duō）的反應活性位點，有利於提高光催化重整製氫性能。圖2中的插（chā）圖可知（zhī），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。

如圖2（b）所示，采用FTIR表征得到CN和CNNs樣品（pǐn）的（de）官能團結構信息。CN和CNNs樣品的紅（hóng）外（wài）吸收峰十分相似，表明它們（men）具有（yǒu）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（sān）嗪結構的環外振動峰。在1150 cm-1~1650 cm-1附（fù）近（jìn）的幾個峰屬（shǔ）於C=N鍵和C-N雜環的伸縮振動峰。而在3100 cm-1~3550 cm-1附近的峰屬於-NH2的伸縮振動峰。這與XRD分析結果（guǒ）相一致，證明（míng）成（chéng）功製備出CN和CNNs樣品。

圖（tú）4.（a）CNNs樣品（pǐn）在不（bú）同Pt負載量條件下光催化重整纖（xiān）維素製氫的平均速率；（b）CNNs樣品（pǐn）在在不同纖維（wéi）素濃度條件下光催（cuī）化重整纖維素製氫的平均速（sù）率

如（rú）圖4（a）所示，通過控製（zhì）變量法，探（tàn）究（jiū）以三聚氰胺為前驅體製（zhì）備CN和CNNs樣品的光催化重（chóng）整纖維素製氫性能。由圖可知，在中性條件下，當金屬Pt負載（zǎi）量從1 wt%到4 wt%時，纖（xiān）維素的濃度為0.50 g/L時，CNNs催化劑（jì）的平均（jun1）製氫速率分（fèn）別為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光催化能夠提升（shēng）光催化重整製氫性能還對CN催化劑進行了製氫速率的（de）對比，可明顯的觀察到CN的（de）光催化重整製氫速率為（wéi）3.34 μmol/(h·g)，明顯降低。由此可見（jiàn），當金屬Pt負載量為2 wt%時，二次熱氧化剝離處理（lǐ）的CNNs樣（yàng）品的可見光光催化重整製氫（qīng）速率達到（dào）13.14 μmol/(h·g)，是相同條件下CN催化劑的3.9倍。

由圖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（dāng）金屬Pt負載量為2 wt%，纖維素濃度由0 增加到1.0 g/L下的平均製氫速率分別為0、6.25 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、9.25 μmol/(h·g)和7.38 μmol/(h·g)。隨著纖維素（sù）濃度的增加，光催（cuī）化重整製氫速率也（yě）逐漸增（zēng）加，當纖（xiān）維（wéi）素的濃度（dù）超過0.50 g/L時，隨後（hòu）纖維（wéi）素的濃度增加（jiā）製氫速率（lǜ）明顯降低。這一結果表明，當添加適量的纖維素時（shí）可（kě）提高光催化重整製氫（qīng）性能，過量的纖維素濃度則適得其反。因此，當金屬Pt負載量（liàng）為2 wt%，纖維素的濃度為0.50 g/L時達到了（le）理想（xiǎng）化的（de）最（zuì）大（dà）值，這可能是由於CNNs樣品具有更大的比（bǐ）表麵積和較高的光生載流（liú）子分離效率等優勢。