Modification du cocatalyseur en alliage PtNi de l'hybride g-C3N4/GO sensibilisé à l'éosine Y pour une évolution efficace de l'hydrogène photocatalytique en lumière visible

Résumé

Un cocatalyseur d'alliage économique et efficace à base de Pt a attiré une attention considérable en raison de son excellente activité catalytique et de la réduction de l'utilisation du Pt. Dans cette étude, le cocatalyseur d'alliage PtNi a été décoré avec succès sur le g-C₃ N₄ /GO photocatalyseur hybride via une méthode de réduction chimique facile. Le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le photocatalyseur composite /PtNi/GO-0,5% produit un taux de dégagement d'hydrogène environ 1,54 et 1178 fois supérieur à celui du g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt/GO-0,5% et g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% échantillons, respectivement. Mécanisme de performances améliorées pour le g-C₃ N₄ Le composite /PtNi/GO a également été étudié par différentes caractérisations, telles que la photoluminescence, la réponse au photocourant transitoire et la MET. Ces résultats ont indiqué qu'une efficacité de séparation de charge améliorée et des sites plus réactifs sont responsables de l'amélioration des performances de dégagement d'hydrogène en raison de l'effet synergique positif entre le Pt et le Ni. Cette étude suggère que l'alliage PtNi peut être utilisé comme cocatalyseur économique et efficace pour la réaction de dégagement d'hydrogène.

Contexte

L'évolution durable et à grande échelle de l'hydrogène à partir de l'eau à l'aide de l'énergie solaire est considérée comme l'une des méthodes prometteuses pour résoudre la crise énergétique et la pollution de l'environnement [1, 2]. Pour atteindre cet objectif, un photocatalyseur à réponse à la lumière visible et un cocatalyseur efficace sont nécessaires [3,4,5]. Habituellement, le chargement de métal noble Pt en tant que cocatalyseur efficace est hautement nécessaire pour atteindre un taux de dégagement d'hydrogène élevé [6,7,8]. Cependant, le Pt est rare et cher, ce qui entrave son application pratique. Il est souhaitable de réduire la quantité de Pt utilisée tout en maintenant simultanément son excellente activité catalytique pour le dégagement d'hydrogène. Remplacer une partie du Pt par un métal de transition (Ni, Co, Cu, Fe, etc.) pour former un cocatalyseur d'alliage bimétallique est une voie potentielle prometteuse pour atteindre une excellente activité catalytique et réduire l'utilisation de Pt [9,10,11]. Dans certains cas, les performances catalytiques du cocatalyseur en alliage bimétallique à base de Pt sont comparables à celles du Pt pur en raison de l'effet synergique positif entre les deux métaux. Par conséquent, un photocatalyseur à réponse à la lumière visible chargé d'un cocatalyseur en alliage bimétallique a reçu plus d'attention récemment.

Yu et al. ont rapporté que le Cu₂ modifié par cocatalyseur d'alliage PtCo ou PtNi ZnSnS₄ a montré un H₂ plus élevé efficacité de production que le chargement de Pt pur Cu₂ ZnSnS₄ [12]. Pt₃ Des CdS décorés de co-catalyseurs bimétalliques ont été préparés par Hu et al. et a présenté des performances améliorées de dégagement d'hydrogène [13]. Charge PtCo et/ou PtFe Zn_1 − x Cd_x S ont également été évalués dans des études antérieures [14, 15]. Cependant, les faibles performances photocatalytiques en lumière visible du Cu₂ ZnSnS₄ ou une toxicité élevée du Cd entrave leur application pratique à grande échelle. Nitrure de carbone (g-C₃ N₄ ) a attiré l'attention en raison de son faible coût [16]. Han et al. a signalé qu'un H₂ taux d'évolution de 960 μmol g⁻¹ h⁻¹ a été obtenu sur le PtCo/g-C₃ N₄ photocatalyseur sous λ> 400 nm d'irradiation [17]. PtNi_x /g-C₃ N₄ Le photocatalyseur hybird a également été étudié par Bi et al., et un H₂ taux d'évolution de 8456 μmol g⁻¹ h⁻¹ a été obtenu sous irradiation spectrale complète [18]. Cependant, les performances photocatalytiques en lumière visible pour l'alliage bimétallique modifié par un cocatalyseur g-C₃ N₄ photocatalyseur est encore un peu faible en raison de la large bande interdite de 2,7 eV et de la mauvaise capacité de transfert d'électrons. g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ peut récolter une large gamme de lumière visible [19, 20]. L'oxyde de graphène (GO) possède une propriété de transport d'électrons élevée et a été largement utilisé comme accepteur d'électrons [21,22,23,24,25]. Combiner g-C₃ N₄ et GO peut promouvoir la capacité de transfert d'électrons dans g-C₃ N₄ et ainsi améliorer la séparation de la paire électron-trou pour améliorer les performances photocatalytiques pour le dégagement d'hydrogène [26,27,28,29,30,31]. Dernièrement, nous avons signalé un g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y efficace N₄ /Pt/GO photocatalyseur composite pour le dégagement d'hydrogène [23]. Le cocatalyseur Pt coûteux joue un rôle important dans les performances de production d'hydrogène relativement élevées. Afin de réduire l'utilisation coûteuse du Pt et d'améliorer encore ses performances photocatalytiques visibles, en exploitant le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y à faible coût N₄ Le photocatalyseur composite /GO chargé d'un cocatalyseur en alliage à base de Pt est utile.

Ici, le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le photocatalyseur composite /PtNi/GO a été préparé pour le dégagement d'hydrogène à partir de l'eau. Le taux de dégagement d'hydrogène le plus élevé de 5,89 mmol g⁻¹ h⁻¹ est obtenu sur le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /PtNi/GO photocatalyseur, qui est beaucoup plus élevé que le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt/GO et g-C₃ N₄ /Ni/GO échantillons composites. Au meilleur de notre connaissance, il n'y a aucun rapport précédent que le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le composite /PtNi/GO est utilisé pour la production d'hydrogène à partir de l'eau. Le rapport molaire optimal Pt/Ni et la quantité de cocatalyseur PtNi ont été examinés en détail. De plus, mécanisme de performances photocatalytiques améliorées pour le g-C₃ N₄ Le composite /PtNi/GO a également été étudié par différentes méthodes de caractérisation.

Section expérimentale

Synthèse du g-C₃ N₄

g-C₃ N₄ les poudres ont été synthétisées comme décrit dans l'étude précédente [32]. Dans une procédure typique, l'urée (8 g) a été placée dans un creuset en alumine avec un couvercle. Le creuset a été chauffé à 600 °C à une vitesse de chauffage de 5 °C/min et maintenu pendant 2 h dans un four tubulaire. Après traitement thermique, le jaune clair g-C₃ N₄ les poudres ont été collectées pour une utilisation ultérieure.

Préparation du GO

GO a été préparé en utilisant la méthode de Hummers modifiée [33]. Nature graphite (10 g) et NaNO₃ (5 g) ont été mis dans un bécher. Ensuite, 230 mL d'acide sulfurique concentré ont été ajoutés et le processus doit être le plus lent possible. La réaction ci-dessus s'est déroulée sous agitation dans un bain d'eau glacée. Ensuite, 10 g de KMnO₄ a été ajouté à la solution de mélange et mis à réagir pendant 3 h. La température de la solution a été portée à 35 °C et a été maintenue pendant 4 h. Ensuite, 460 ml d'eau distillée ont été versés dans la solution ci-dessus et chauffés jusqu'à environ 98 °C pendant 3 h. Après réaction, une certaine quantité de H₂ O₂ (30 %) et de l'acide chlorhydrique concentré ont été ajoutés sous agitation dans le but d'éliminer l'excès de KMnO₄ et SO₄ ²⁻ . Enfin, l'échantillon GO a été obtenu par lyophilisation pendant 24 h.

Synthèse de g-C₃ N₄ /Ni/GO, g-C₃ N₄ /Pt/GO, et g-C₃ N₄ /Pt_x Ni_y /GO Photocatalyseurs composites

Synthèse de g-C₃ N₄ /PtNi/GO-X (X représente le rapport pondéral du cocatalyseur PtNi au g-C₃ N₄ /GO composite et le rapport molaire du Pt au Ni est de 1:1) :dans un cas typique, 133 mg de g-C₃ N₄ ont été dispersés dans 50 mL d'éthanol anhydre. Excès de NaBH₄ le réducteur a été ajouté dans la solution de mélange sous agitation. Ensuite, un certain volume de NiCl₂ ·6H₂ O solution (0,1 mol/L) et H₂ PtCl₆ solution (1,0 mmol/L) ont été ajoutées goutte à goutte dans la solution ci-dessus. Afin d'étudier la procédure ajoutée de NiCl₂ ·6H₂ O et H₂ PtCl₆ solutions, trois méthodes comprenant le chargement simultané de Pt et de Ni, le chargement de Pt puis de Ni ou inversement ont été choisies. Ensuite, la solution de suspension a été agitée pendant 5 h pour obtenir une dispersion uniforme du cocatalyseur PtNi dans le g-C₃ N₄ . Après cela, le g-C₃ N₄ Les échantillons de /PtNi-X ont été collectés par centrifugation pour éliminer l'excès de NaBH₄ pendant plusieurs fois. Ensuite, 67 mg de GO et le g-C₃ N₄ /PtNi-X ont été dispersés dans 100 ml d'eau distillée simultanément. La solution de suspension a été ultrasonique à 500 W pendant 10 h. Après cela, une série de g-C₃ N₄ /PtNi/GO-X les photocatalyseurs composites ont été obtenus par centrifugation puis séchés à 60 °C dans une étuve à vide pendant une nuit. D'autres cocatalyseurs d'alliages bimétalliques PtNi avec un rapport molaire Pt/Ni différent (9:1, 3:1, 1:3, 1:9) ont également été préparés de la même manière que la méthode susmentionnée, nommée Pt₉ Ni₁ , Pt₃ Ni₁ , Pt₁ Ni₃ , et Pt₁ Ni₉ , respectivement, spécialement, le rapport 1:1 M du nom Pt/Ni comme PtNi.

Synthèse de g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% et g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5% échantillons (0,5% représente le rapport pondéral de Ni ou Pt au g-C₃ N₄ /GO composite) :le g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% et g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5% des échantillons ont été préparés avec la même procédure de préparation de g-C₃ N₄ Échantillons /PtNi/GO-X à l'exception de l'ajout d'un volume différent de NiCl₂ ·6H₂ O solution ou H₂ PtCl₆ Solution. Le rapport pondéral 2:1 de g-C₃ N₄ to GO est choisi dans tous les g-C₃ N₄ /Ni/GO, g-C₃ N₄ /Pt/GO, et g-C₃ N₄ /Pt_x Ni_y /GO échantillons composites selon notre étude précédente [32].

Méthodes de caractérisation

Les diagrammes XRD ont été obtenus à l'aide d'un diffractomètre à diffraction des rayons X (Bruker D8-Advance, Allemagne) avec un rayonnement Cu-Kα. Les images MET des échantillons ont été enregistrées par microscopie électronique à transmission (JEM-2100, Japon). Les états chimiques de surface des photocatalyseurs ont été mesurés par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, AXISULTRA) avec des rayons X monochromatiques Al Ka (1486,6 eV). Les spectres de photoluminescence (PL) ont été mesurés sur un spectromètre JY HORIBA FluoroLog-3, et la longueur d'onde excitée de 460 nm a été choisie. Les courbes de réponse au photocourant ont été réalisées dans une station de travail électrochimique (CHI660E, Chenhua, Chine) à l'aide d'une cellule standard classique à trois électrodes sous irradiation de lumière visible (λ > 420 nm). 0,1 mol/L Na₂ SO₄ solution a été utilisée comme électrolyte.

Mesure de l'activité photocatalytique

Des expériences photocatalytiques ont été menées dans une cellule Pyrex avec une fenêtre supérieure plate à 6 °C. En règle générale, 50 mg de poudre de photocatalyseur et 50 mg de colorant éosine Y ont été ajoutés dans 100 mL de H₂ O contenant 20 % vol (v /v) triéthanolamine (TEOA, pH = 7). Une lampe au xénon de 300 W (D59, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) couplée à un filtre UV (> 420 nm) a été utilisée comme source lumineuse. Les quantités d'hydrogène ont été mesurées par chromatographie en phase gazeuse (GC-7920, TCD, Ar porteur).

Résultats et discussion

Les modèles XRD de g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5%, g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5%, et g-C₃ N₄ Les échantillons /PtNi/GO-0,5 % sont présentés sur la figure 1. Deux pics de diffraction évidents sont observés pour les trois échantillons. Un petit pic centré à 2θ = 13,8° est attribué au pic (100) de g-C₃ N₄ , qui découle du motif d'emballage structurel dans le plan [34]. Le fort pic de diffraction à 27,4° est indexé comme le (002) pic de g-C₃ N₄ , qui correspond à l'empilement intercalaire du système aromatique conjugué [35]. Pour les trois échantillons évalués, aucun signal de diffraction des cocatalyseurs GO, Pt et/ou Ni n'a été détecté. Une exfoliation suffisante de GO dans le composite peut entraîner l'absence d'information GO [28]. Alors que la quantité de Pt et/ou Ni est trop faible pour être détectée par la méthode XRD. Comme le montre la figure 2, les trois échantillons différents présentent une structure laminaire plus mince similaire après traitement aux ultrasons. Un contact intime formé entre la structure en couches 2D de g-C₃ N₄ et la structure nanofeuillet de GO. Sur la figure 2a, b, des nanoparticules de Ni ou de Pt un peu plus grosses sont dispersées sur la couche intermédiaire ou la surface de g-C₃ N₄ . Par rapport au Ni et au Pt purs, la taille des particules de cocatalyseur en alliage PtNi est réduite et la dispersion du cocatalyseur en alliage PtNi est améliorée (voir Fig. 2c). La petite taille du cocatalyseur en alliage PtNi fournira des sites plus réactifs pour le dégagement d'hydrogène, et la forte dispersion du cocatalyseur en alliage PtNi profite au transfert d'électrons de g-C₃ N₄ et/ou ALLER au cocatalyseur PtNi. La dispersion améliorée du cocatalyseur d'alliage PtNi a également été observée dans une étude précédente [36]. La raison de la précision doit être étudiée plus avant.

Afin d'étudier l'élément chimique de surface et les états de valence de g-C₃ N₄ /Ni/GO, g-C₃ N₄ /Pt/GO, et g-C₃ N₄ Échantillons /PtNi/GO, les spectres XPS haute résolution des trois échantillons différents ont été mesurés et les résultats sont présentés sur la figure 3. énergies à environ 284,8 eV et 288,2 eV, qui sont respectivement attribuées à CC et N=CN [37]. Les deux pics sont caractéristiques des espèces carbonées en g-C₃ N₄ . Deux petits pics à 286,7 eV et 287,7 eV sont également obtenus, qui appartiennent respectivement aux groupes fonctionnels C-O et C=O à la surface de GO [38]. Sur la figure 3 (b), les pics caractéristiques de C-N-C, N-(C)₃ , et les groupes C-N-H dans g-C₃ N₄ ont été détectés, qui sont situés aux énergies de liaison de 398,7, 400,3 et 401,4 eV, respectivement [39]. Sur la figure 3 (c), les énergies de bandes de O 1 s se trouvent à 532,4 et 533,8 eV, qui sont respectivement attribuées aux groupes fonctionnels contenant de l'oxygène dans l'échantillon composite et à l'adsorption en surface des espèces d'oxygène [40]. La figure 3 (d) présente les spectres XPS du doublet Pt 4f (4f_7/2 et 4f_5/2 ). Le Pt 4f_7/2 et 4f_5/2 les pics sont situés à 70,97 et 74,28 eV pour le g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5% d'échantillon, respectivement, qui représentent le signal de Pt⁰ [41, 42]. Pour le g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5%, les énergies de liaison orbitales du Pt 4f se déplacent d'environ 0,42 eV vers une énergie de liaison élevée par rapport au Pt pur. Le décalage de pic évident suggère que l'électron Pt est une légère perte, ce qui indique que le cocatalyseur d'alliage PtNi est formé dans le g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% échantillon. Comme le montre la figure 3e, les énergies de liaison à 852,54 et 870,18 eV peuvent être attribuées à Ni 2p_3/2 et Ni 2p_1/2 pour le g-C₃ N₄ /Ni/GO-2% d'échantillon, respectivement, qui sont le signal de caractérisation de Ni⁰ [43]. Par rapport à g-C₃ N₄ /Ni/GO-2%, les énergies de liaison de Ni 2p se sont déplacées vers une faible énergie de liaison pour le g-C₃ N₄ /PtNi/GO-2% échantillon. Le résultat suggère qu'un changement dans l'environnement environnant des atomes de Ni se produit, ce qui confirme en outre que le cocatalyseur d'alliage PtNi est synthétisé avec succès [41]. Le rapport molaire exact de Pt à Ni dans le g-C₃ N₄ L'échantillon /PtNi/GO-0,5% est de 9:11 à la mesure XPS. Sur la base de l'analyse ci-dessus, on peut conclure que le g-C₃ N₄ Le composite /PtNi/GO avec un alliage PtNi comme cocatalyseur a été obtenu en combinant une méthode sonochimique en phase liquide facile avec une méthode de réduction chimique.

La figure 4 montre le H₂ taux d'évolution des séries de g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% d'échantillons chargés avec différents types de cocatalyseur. Chargement simultané des noms Pt et Ni sous la forme g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% ; Chargement des noms Pt puis Ni comme g-C₃ N₄ /Pt-Ni/GO-0,5% ; Chargement des noms Ni puis Pt en g-C₃ N₄ /Ni-Pt/GO-0,5%. Pour g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Ni/GO-0,5% échantillon avec Ni pur comme cocatalyseur, le H₂ le taux d'évolution est très faible et n'atteint que 0,005 mmol g⁻¹ h⁻¹ . Après avoir remplacé Ni par Pt comme cocatalyseur, une augmentation significative de H₂ on observe une vitesse d'évolution qui augmente fortement jusqu'à 3,82 mmol g⁻¹ h⁻¹ pour le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt/GO-0,5% échantillon. Le résultat suggère que le chargement d'un cocatalyseur Pt efficace est nécessaire pour obtenir d'excellentes performances pour H₂ génération. Lorsqu'il est utilisé en alliage PtNi comme cocatalyseur, le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le composite /PtNi/GO-0,5% montre le H₂ le plus élevé taux d'évolution de 5,89 mmol g⁻¹ h⁻¹ , qui est environ 1,54 et 1178 fois plus élevé que le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt/GO-0,5% et g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% échantillons, respectivement. Les performances améliorées peuvent être attribuées à l'effet synergique positif entre le Pt et le Ni. Par rapport au cocatalyseur Pt pur, le cocatalyseur en alliage PtNi accélère l'accumulation d'électrons photogénérés, ce qui fournira plus d'électrons pour le dégagement d'hydrogène [18]. De plus, la petite taille et la dispersion élevée du cocatalyseur en alliage PtNi peuvent fournir plus de H₂ sites d'évolution et améliorent le transfert d'électrons, respectivement. Lorsqu'il est chargé Pt puis Ni ou en sens inverse, une réduction évidente de H₂ une activité d'évolution est observée. En effet, le chargement de Pt puis de Ni ou en sens inverse ne forme pas de cocatalyseur d'alliage PtNi [44]. Le résultat indique que l'obtention d'un H₂ élevé le taux de génération repose fortement sur l'utilisation d'un cocatalyseur efficace en alliage PtNi.

La composition du cocatalyseur d'alliage PtNi a un effet important sur l'activité catalytique pour H₂ évolution. Par conséquent, le H₂ taux de production de g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt_x Ni_y /GO-0,5 % d'échantillons chargés avec différents rapports molaire Pt/Ni ont été étudiés et les résultats sont présentés sur la figure 5a. Le H₂ le taux de production augmente progressivement avec l'augmentation du rapport molaire Ni/Pt. Lorsque le rapport molaire Ni/Pt est de 1:1, le taux de production d'hydrogène le plus élevé de 5,89 mmol g⁻¹ h⁻¹ Est obtenu. Augmenter encore la quantité de Ni conduit à une baisse du H₂ activité d'évolution. La dégradation de H₂ les performances de génération peuvent provenir de la réduction du nombre de sites actifs Pt pour H₂ évolution. Les sites actifs Pt ont une plus forte adsorption des ions hydrogène que Ni [12]. Par conséquent, H₂ l'évolution se fait préférentiellement sur Pt au lieu de Ni. La figure 5b montre le H₂ taux de production de g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Échantillons /PtNi/GO chargés avec différentes quantités de cocatalyseur d'alliage PtNi. Lorsque la teneur pondérale du cocatalyseur d'alliage PtNi est de 0,5 %, un taux de dégagement d'hydrogène de 2,45 mmol g⁻¹ h⁻¹ est obtenu pour le g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,25% échantillon. Le taux de dégagement d'hydrogène augmente de 2,45 mmol g⁻¹ h⁻¹ à la valeur la plus élevée de 5,89 mmol g⁻¹ h⁻¹ après la quantité de cocatalyseur d'alliage PtNi jusqu'à 0,5%. En augmentant encore la quantité de cocatalyseur d'alliage PtNi, les performances de dégagement d'hydrogène montrent une légère diminution. Un excès de cocatalyseur d'alliage PtNi peut entraver l'absorption de la lumière de l'éosine Y et du g-C₃ N₄ et ainsi dégrader les performances photocatalytiques. La stabilité de la génération d'hydrogène pour le g-C₃ N₄ L'échantillon /PtNi/GO-0,5 % a également été mesuré et le résultat est indiqué sur la figure 6. Après un test de 4 cycles, le taux de génération d'hydrogène pour le g-C₃ N₄ L'échantillon /PtNi/GO-0,5% montre une légère diminution, ce qui indique que le g-C₃ N₄ L'échantillon composite /PtNi/GO-0,5% a une stabilité relative pour le dégagement d'hydrogène. Une forte liaison covalente entre le carbone et le nitrure en C₃ N₄ et la faible dégradation de l'éosine Y sont les deux principales raisons de la stabilité au dégagement d'hydrogène du g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% échantillon [19, 45].

Afin d'étudier le mécanisme pour l'amélioration des performances photocatalytiques de g-C₃ N₄ /PtNi/GO avec un alliage PtNi comme cocatalyseur, deux raisons possibles de l'absorption de la lumière et de l'efficacité de séparation des charges ont été évaluées. La figure 7 montre les spectres de réflectance diffuse UV-Vis de g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5%, g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5%, et g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% échantillons. Les trois échantillons différents présentent une absorption évidente après environ 450 nm, qui provient du cocatalyseur métallique [18]. Le g-C₃ N₄ L'échantillon /Ni/GO-0,5 % avec du Ni pur comme cocatalyseur présente la plus forte absorption après environ 450 nm. Cependant, le H₂ taux d'évolution pour le g-C₃ N₄ L'échantillon /Ni/GO-0,5% est le plus bas. Le résultat suggère que l'amélioration de H₂ Les performances d'évolution ne proviennent pas de l'absorption améliorée de la lumière.

L'efficacité de séparation de charge peut être caractérisée par les spectres d'extinction de photoluminescence (PL) [46, 47]. En général, une forte intensité des spectres PL indique une grave recombinaison des porteurs de charge. La figure 8a montre les spectres d'extinction de photoluminescence (PL) de l'éosine Y par le g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5%, g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5%, et g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% échantillons. Seule la solution d'éosine Y sans photocatalyseur présente un pic d'émission étendu à environ 540 nm en raison de la structure xanthène conjuguée de l'éosine Y et de la forte capacité de recombinaison des paires électron-trou photogénérées dans l'éosine Y excitée. Une extinction de fluorescence évidente est observée après l'ajout de différents types de photocatalyseurs dans la solution d'éosine Y. L'extinction de la fluorescence suggère que les électrons sont transférés vers les photocatalyseurs à partir de l'éosine Y excitée, puis migrent vers le cocatalyseur pour la réduction des protons. De plus, il existe un petit décalage vers le bleu (environ 1,3 nm) des spectres d'extinction PL pour les trois photocatalyseurs composites évalués différents, qui peut être attribué à l'interaction d'empilement π-π non covalente entre l'éosine Y, gC_{3 N₄ et GO [48]. Les spectres d'extinction PL de g-C₃ N₄ L'échantillon /Pt/GO-0,5% montre une intensité modérée, qui est inférieure au g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% échantillon. Surtout, le g-C₃ N₄ L'échantillon /PtNi/GO-0,5% présente l'intensité de fluorescence la plus faible, ce qui implique que le cocatalyseur en alliage PtNi est le cocatalyseur le plus efficace pour améliorer l'efficacité de séparation des charges que le Pt ou Ni pur. Le résultat est cohérent avec l'activité d'évolution de H2 (voir Fig. 4). Pour vérifier davantage le processus de transfert de charge, les réponses photocourantes transitoires de g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5%, g-C₃ N₄ /Pt/GO-0,5%, et g-C₃ N₄ /PtNi/GO-0,5% des échantillons ont été mesurés et les résultats sont présentés sur la figure 8b. Le g-C₃ N₄ L'échantillon /PtNi/GO-0,5% présente la réponse de photocourant la plus élevée sous irradiation à la lumière visible (λ > 420 nm), ce qui confirme en outre que l'utilisation d'un cocatalyseur en alliage PtNi est essentielle pour améliorer l'efficacité de séparation des charges. Sur la base des résultats ci-dessus, l'amélioration de l'activité d'évolution de H2 pour le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le composite /PtNi/GO-0,5% est attribué à l'efficacité de séparation de charge améliorée.}

D'après les résultats ci-dessus et l'analyse des mécanismes, nous proposons un diagramme schématique pour comprendre le H₂ processus d'évolution pour le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Échantillon composite /PtNi/GO (Fig. 9). Sous irradiation à la lumière visible, les électrons photogénérés dans le LUMO de l'éosine Y excitée sont transférés vers g-C₃ N₄ et/ou GO puis au cocatalyseur en alliage PtNi pour la réduction des protons. Pendant ce temps, les électrons photoexcités dans le CB de g-C₃ N₄ s'écoulent également vers le cocatalyseur d'alliage PtNi pour H₂ réaction d'évolution. Dans le même temps, les trous photogénérés ou les colorants éosine Y oxydés oxydent directement l'agent sacrificiel TEOA.

Conclusion

Ternaire g-C₃ N₄ Le composite /PtNi/GO a été synthétisé en combinant une méthode sonochimique en phase liquide facile avec une méthode de réduction chimique. Le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ Le composite /PtNi/GO-0,5 % présente le taux de dégagement d'hydrogène le plus élevé de 5,89 mmol g⁻¹ h⁻¹ , qui est environ 1,54 et 1178 fois plus élevé que le g-C₃ sensibilisé à l'éosine Y N₄ /Pt/GO-0,5% et g-C₃ N₄ /Ni/GO-0,5% échantillons, respectivement. L'activité photocatalytique améliorée peut être attribuée à l'effet synergique positif entre le Pt et le Ni ainsi qu'à des sites plus réactifs, ce qui conduit à une séparation efficace des paires électron-trou photoexcitées. Cette étude démontre que l'alliage PtNi peut être utilisé comme cocatalyseur économique et efficace pour le dégagement d'hydrogène photocatalytique.