1. 文章信息

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

中文标题： 超薄二维氮化碳纳米片用于在中性、可见光条件下的光催化重整纤维素制氢性能研究  

页码：1717-1725  

DOI：  10.1002/jctb.7041                

2. 期刊信息

期刊名：JOURNAL OF CHEMICAL TECNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

ISSN：  0268-2575  

2022年影响因子：  3.709  

分区信息： 中科院三区；JCR分区（Q2）

涉及研究方向： 工程技术，工程：化工，生物工程与应用微生物，化学：综合  

3. 作者信息：第一作者是  洪远志（北华大学） 。通讯作者为  林雪（北华大学），段喜鑫（北华大学）。

4. 光催化活性评价系统型号：北京中教金源（CEL-SPH2N-D9，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；气相色谱型号：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。

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

如图1所示，采用TEM和原子力显微镜（AFM）表征进一步观察CN和CNNs样品的微观结构信息。图1（a）是CN样品的 TEM 图，可以明显的看出CN样品是一种典型的块体结构。图1（b）是CN样品的局部放大图，可以观察到CN样品凝聚在一起。图1（c）是CNNs样品的TEM图，CNNs样品的形貌为2D薄片卷曲状结构，与CN样品的形貌相差很大。图1（d）是CNNs样品的局部放大图，可以明显的观察到CNNs样品的卷曲的纳米片状结构。同时进一步证明了二次热氧化剥离处理是制备纳米片使得其厚度变薄。图1（e-f）分别是 CNNs纳米片的 AFM和厚度测试结果图。其中，CNNs样品的平均厚度在6 nm左右，展现出纳米尺寸的2D薄片结构，也进一步证明了图1（d）的结果。

图2.（a）CN和CNNs样品的N₂吸/脱附曲线（插图：孔径分布图）；（b）CN和CNNs样品的FTIR图

如图2（a）示，采用了N2吸附-脱附等温曲线表征获得CN和CNNs样品的比表面积大小。由图可知，所得样品都出现明显的H3回滞环的Ⅳ型吸附等温曲线表明它们都具有介孔结构。然后，通过计算可以得出CN样品的比表面积为23.2 cm2/g，二次热氧化剥离处理的CNNs样品具有更大的比表面积，其比表面积为93.1 cm2/g，约是CN样品的4.01倍。因此，较大的比表面积使得CNNs样品能够在光催化反应中提供更多的反应活性位点，有利于提高光催化重整制氢性能。图2中的插图可知，CN和CNNs样品的孔径大约在2~11 nm，进一步证明CN和CNNs样品具有介孔结构。

图3. CN和CNNs样品的（a）EIS和（b）PC图

如图3所示，采用电化学阻抗（EIS）和瞬态光电流响应（PC）确定所制备样品的电荷的分离效率、迁移效率的情况。因此，由图3（a）可知，CN样品显示出最大的EIS半径，从而揭示出其最大的电荷转移电阻。与CN相比，CNNs样品的半径明显减小，表明界面电荷传输电阻显著降低，并且光生电子-空穴对的间距逐渐增大，表明其电荷转移能力越强，有效的捕获电子、促进电子的转移和降低电子与空穴复合，这也是提高光催化重整制氢性能的原因之一。

图4.（a）CNNs样品在不同Pt负载量条件下光催化重整纤维素制氢的平均速率；（b）CNNs样品在在不同纤维素浓度条件下光催化重整纤维素制氢的平均速率

如图4（a）所示，通过控制变量法，探究以三聚氰胺为前驱体制备CN和CNNs样品的光催化重整纤维素制氢性能。由图可知，在中性条件下，当金属Pt负载量从1 wt%到4 wt%时，纤维素的浓度为0.50 g/L时，CNNs催化剂的平均制氢速率分别为5.82 μmol/(h·g)、13.14 μmol/(h·g)、10.40 μmol/(h·g)和7.43 μmol/(h·g)。为了证明CNNs光催化能够提升光催化重整制氢性能还对CN催化剂进行了制氢速率的对比，可明显的观察到CN的光催化重整制氢速率为3.34 μmol/(h·g)，明显降低。由此可见，当金属Pt负载量为2 wt%时，二次热氧化剥离处理的CNNs样品的可见光光催化重整制氢速率达到13.14 μmol/(h·g)，是相同条件下CN催化剂的3.9倍。