Новая стратегия синтеза высокоактивных катализаторов на основе g-C3N4 для фотокаталитического получения водорода под действием видимого света

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В данной работе синтезированы материалы на основе графитоподобного нитрида углерода g‑C3N4 методом термической обработки смеси меламина и мочевины и исследовано влияние условий синтеза на фотокаталитическую активность образцов в зависимости от соотношения меламин/мочевина. В качестве сокатализатора на поверхность синтезированных образцов g‑C3N4 наносили платину (1 мас. %). Полученные фотокатализаторы охарактеризованы методами рентгенофазового анализа, спектроскопии диффузного отражения в УФ- и видимом диапазоне, низкотемпературной адсорбции азота. Фотокаталитическую активность определяли в реакции выделения водорода из водного раствора триэтаноламина (10 об. %) при облучении видимым светом (λ = 425 нм). Найдены оптимальные условия синтеза фотокатализатора 1% Pt/g-C3N4, полученного прокаливанием смеси меламина и мочевины (1 : 3), при использовании которого скорость выделения Н2 составила 5.0 ммоль г–1 ч–1 с кажущейся квантовой эффективностью 2.5%. Разработанный синтетический подход позволяет получать высокоактивные катализаторы благодаря образованию в процессе синтеза промежуточного супрамолекулярного комплекса меламин–циануровая кислота, который при дальнейшем нагревании превращается в g-C3N4, характеризующийся высоким значением удельной поверхности, превышающим 100 м2 г–1.

Об авторах

К. О. Потапенко

Институт катализа им. Г.К. Борескова
Сибирского отделения Российской академии наук

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск

С. В. Черепанова

Институт катализа им. Г.К. Борескова
Сибирского отделения Российской академии наук

Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Е. А. Козлова

Институт катализа им. Г.К. Борескова
Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozlova@catalysis.ru
Россия, 630090, Новосибирск

Список литературы

  1. Ran J., Zhang J., Yu J., Jaroniec M., Qiao S.Z. // Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. P. 7787–7812. https://doi.org/10.1039/C3CS60425J
  2. Wu L.Z., Chen B., Li Z.J., Tung C.H. // Acc. Chem. Res. 2014. V. 47. P. 2177–2185. https://doi.org/10.1021/ar500140r
  3. Zamaraev K.I., Parmon V.N. // Catal. Rev. – Sci. Eng. 1980. V. 22. P. 261–324. https://doi.org/10.1080/03602458008066536
  4. Acar C., Dincer, I., Naterer G.F. // Int. J. Energy Res. 2016. V. 40. P. 1449–1473. https://doi.org/10.1002/er.3549
  5. Kozlova E.A., Parmon V.N. // Russ. Chem. Rev. 2017. V. 86. P. 870–906. https://doi.org/10.1070/rcr4739
  6. Yakushev A.A., Abel A.S., Averin A.D., Beletskaya I.P., Cheprakov A.V., Ziankou I.S., Bonneviot L., Bessmertnykh-Lemeune A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 458. P. 214331. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214331
  7. Zenkov I.S., Yakushev A.A., Abel A.S., Averin A.D., Bessmertnykh-Lemeune A.G., Beletskaya I.P. // Russ. J. Org. Chem. 2021. V. 57. P. 1398–1404. https://doi.org/10.1134/S1070428021090025
  8. Morozkov G.V., Abel A.S., Filatov M.A., Nefedov S.E., Roznyatovsky V.A., Cheprakov A.V., Mitrofanov A.Yu., Ziankou I.S., Averin A.D., Beletskaya I.P., Michalak J., Bucher C., Bonneviot L., Bessmertnykh-Lemeune A. // Dalton Trans. 2022. V. 51. P. 13612–13630. https://doi.org/10.1039/D2DT01364A
  9. Wang X., Chen L., Chong S.Y., Little M.A., Wu Y., Zhu W.H., Clowes R., Yan Y., Zwijnenburg M.A., Sprick R.S., Cooper A.I. // Nature Chem. 2018. V. 10. P. 1180–1189. https://doi.org/10.1038/ s41557-018-0141-5
  10. Hu Z., Shen Z., Jimmy C.Y. // Green Chem. 2017. V. 19. P. 588–613. https://doi.org/10.1039/C6GC02825J
  11. Corredor J., Rivero M.J., Rangel C.M., Gloaguen F., Ortiz I. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2019. V. 94. P. 3049–3063. https://doi.org/10.1002/jctb.6123
  12. Matsumura M., Saho Y., Tsubomura H. // J. Phys. Chem. 1983. V. 87. P. 3807–3808. https://doi.org/10.1021/j100243a005
  13. Hayat A., Syed J.A.S., Al-Sehemi A.G., El-Nasser K.S., Taha T.A., Al-Ghamdi A.A., Amin M.A., Ajmal Z., Iqbal W., Palamanit A., Medina D.I., Nawawi W.I., Sohail M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 10837–10867. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.11.252
  14. Zhu B., Cheng B., Fan J., Ho W., Yu J. // Small Struct. 2021. V. 2. P. 2100086. https://doi.org/10.1002/sstr.202100086
  15. Vasilchenko D., Zhurenok A., Saraev A., Gerasimov E., Cherepanova S., Tkachev S., Plusnin P., Kozlova E. // Chem. Eng. J. 2022. V. 445. P. 136721. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136721
  16. Wang X., Maeda K., Thomas A., Takanabe K., Xin G., Carlsson J.M., Domen K., Antonietti M. // Nature Mater. 2009. V. 8. P. 76–80. https://doi.org/10.1038/nmat2317
  17. Ye S., Wang R., Wu M.Z., Yuan Y.P. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. P. 15–27. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2015.08.173
  18. Topchiyan P., Vasilchenko D., Tkachev S., Sheven D., Eltsov I., Asanov I., Sidorenko N., Saraev A., Gerasimov E., Kurenkova A., Kozlova E. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. P. 35600–35612. https://doi.org/10.1021/ACSAMI.2C07485
  19. Cao S., Low J., Yu J., Jaroniec M. // Adv. Mater. 2015. V. 27. P. 2150–2176. https://doi.org/10.1002/adma.201500033
  20. Zhong Y., Wang Z., Feng J., Yan S., Zhang H., Li Z., Zou Z. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 295. P. 253–259. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2014.01.008
  21. Zhu B., Xia P., Ho W., Yu J. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 344. P. 188–195. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2015.03.086
  22. Zhurenok A.V., Vasilchenko D.B., Kozlova E.A. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 346. https://doi.org/10.3390/IJMS24010346
  23. Han C., Gao Y., Liu S., Ge L., Xiao N., Dai D., Xu B., Chen C. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. P. 22765–22775. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.07.154
  24. Tian X., Sun Y.-J., He J.-Y., Wang X.-J., Zhao J., Qiao, S.-Z., Li F.-T. // J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. P. 7628–7635. https://doi.org/10.1039/C9TA00129H
  25. Niu P., Yin L.C., Yang Y.Q., Liu G., Cheng H.M. // Adv. Mater. 2014. V. 26. P. 8046–8052. https://doi.org/10.1002/ADMA.201404057
  26. Bian S.W., Ma Z., Song W.G. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 8668–8672. https://doi.org/10.1021/JP810630K
  27. Wang J., Zhang C., Shen Y., Zhou Z., Yu J., Li Y., Wei W., Liu S., Zhang Y. // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. P. 5126–5131. https://doi.org/10.1039/C4TA06778A
  28. Zhuang J., Lai W., Xu M., Zhou Q., Tang D. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. P. 8330–8338. https://doi.org/10.1021/ACSAMI.5B01923
  29. Li X., Wen J., Low J., Fang Y., Yu J. // Sci. China Mater. 2014. V. 57. P. 70–100. https://doi.org/10.1007/S40843-014-0003-1
  30. Li R., Cui X., Bi J., Ji X., Li X., Wang N., Huang Y., Huang X., Hao H. // RSC Adv. 2021. V. 11. P. 23459–23470. https://doi.org/10.1039/d1ra03524j
  31. de Ávila S.G., Logli M.A., Matos J.R. // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2015. V. 42. P. 666–671. https://doi.org/10.1016/J.IJGGC.2015.10.001
  32. Cui Y., Zhang J., Zhang G., Huang J., Liu P., Antonietti M., Wang X. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 13032–13039. https://doi.org/10.1039/C1JM11961C
  33. Xu Q., Ma D., Yang S., Tian Z., Cheng B., Fan J. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 495. P. 143555. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2019.143555
  34. Li Y., Zhong J., Li J. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 39886–39897. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2022.09.147
  35. Wang X., Zhou C., Shi R., Liu Q., Waterhouse G.I.N., Wu L., Tung C.H., Zhang T. // Nano Res. 2019. V. 12. P. 2385–2389. https://doi.org/10.1007/S12274-019-2357-0
  36. Ding J., Sun X., Wang Q., Li D., Li X., Li X., Chen L., Zhang X., Tian X., Ostrikov K. // J. Alloys Compd. 2021. V. 873. P. 159871. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.159871
  37. Han C., Su P., Tan B., Ma X., Lv H., Huang C., Wang P., Tong Z., Li G., Huang Y., Liu Z. // J. Colloid Interface Sci. 2021. V. 581. P. 159–166. https://doi.org/10.1016/J.JCIS.2020.07.119
  38. Rao F., Zhong J., Li J. // Ceram. Int. 2022. V. 48. P. 1439–1445. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2021.09.130
  39. Xu Q., Cheng B., Yu J., Liu G. // Carbon. 2017. V. 118. P. 241–249. https://doi.org/10.1016/J.CARBON.2017.03.052
  40. Yang L., Huang J., Shi L., Cao L., Yu Q., Jie Y., Fei J., Ouyang H., Ye J. // Appl. Catal. B. 2017. V. 204. P. 335–345. https://doi.org/10.1016/J.APCATB.2016.11.047
  41. Alcudia-Ramos M.A., Fuentez-Torres M.O., Ortiz-Chi F., Espinosa-González C.G., Hernández-Como N., García-Zaleta D.S., Kesarla M.K., Torres-Torres J.G., Collins-Martínez V., Godavarthi S. // Ceram. Int. 2020. V. 46. P. 38–45. https://doi.org/10.1016/J.CERAMINT.2019.08.228
  42. Bi L., Zhang R., Zhang K., Lin Y., Wang D., Zou X., Xie T. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2019. V. 7. P. 15137–15145. https://doi.org/10.1021/ACSSUSCHEMENG.9B04153
  43. Zhang S., Gao M., Zhai Y., Wen J., Yu J., He T., Kang Z., Lu S. // J. Colloid Interface Sci. 2022. V. 622. P. 662–674. https://doi.org/10.1016/J.JCIS.2022.04.165
  44. Lin Q., Li Z., Lin T., Li B., Liao X., Yu H., Yu C. // Chin. J. Chem. Eng. 2020. V. 28. P. 2677–2688. https://doi.org/10.1016/J.CJCHE.2020.06.037
  45. Vasilchenko D., Zhurenok A., Saraev A., Gerasimov E., Cherepanova S., Kovtunova L., Tkachev S., Kozlova E. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 11326–11340. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2021.09.253

Дополнительные файлы


© К.О. Потапенко, С.В. Черепанова, Е.А. Козлова, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».