S, N Co-Doped Graphene Quantum Dot/TiO2 Komposit untuk Pembangkitan Hidrogen Fotokatalitik yang Efisien
Abstrak
S, N titik kuantum graphene co-doped (S,N-GQDs) digabungkan dengan P25 (TiO2 ) (S,N-GQD/P25) telah disiapkan melalui metode hidrotermal sederhana. Komposit S,N-GQD/P25 yang disiapkan menunjukkan aktivitas pembangkitan hidrogen fotokatalitik yang sangat baik, dengan rentang penyerapan cahaya yang diperpanjang secara signifikan dan daya tahan yang unggul tanpa memuat cocatalyst logam mulia apa pun. Aktivitas fotokatalitik komposit ini di bawah cahaya tampak (λ = 400–800 nm) sangat meningkat dibandingkan dengan P25 murni. Peningkatan luar biasa dalam aktivitas fotokatalitik komposit S,N-GQD/P25 ini dapat dikaitkan dengan bahwa S,N-GQD memainkan peran kunci untuk meningkatkan penyerapan cahaya tampak dan memfasilitasi pemisahan dan transfer elektron dan hole yang dihasilkan fotogenerasi. Secara umum, karya ini dapat memberikan wawasan baru tentang fabrikasi komposit fotokatalitik yang mudah sebagai fotokatalis performa tinggi.
Latar Belakang
Energi hidrogen adalah energi baru bebas polusi hijau dengan banyak keuntungan termasuk nilai kalori tinggi, penyimpanan dan transportasi mudah, tidak ada polusi, dll. Mengingat bahwa air dan sinar matahari adalah dua sumber yang paling melimpah dan mudah diakses di dunia nyata, mentransfer energi matahari menjadi H2 dari larutan berair telah menjadi topik penelitian hangat di bidang fotokatalisis dan energi hidrogen. Dibandingkan dengan CdS, SiC dan banyak semikonduktor lainnya yang telah banyak digunakan untuk fotokatalitik H2 evolusi [1,2,3,4,5,6], TiO2 memiliki beberapa keunggulan, seperti biaya rendah, tidak beracun, stabilitas fotokimia yang baik dan masa pakai yang lama, yang menguntungkan aplikasi industrinya [7]. Namun, celah pita yang besar (3,2 eV) dari TiO2 dan rekombinasi cepat elektron dan hole yang difotogenerasi membatasi efisiensi konversi energi matahari [8]. Strategi besar-besaran telah diambil untuk mengatasi masalah ini, seperti doping dengan unsur logam [9, 10], pengendapan dengan logam mulia [11] sensitisasi dengan pewarna organik [12, 13] dan sebagainya. Baru-baru ini, banyak minat yang tertarik pada TiO2 komposit berbasis dengan menggabungkan bahan karbon bebas logam, seperti graphene dan karbon nanotube (CNTs), yang secara efisien dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik karena sifat transportasi muatan unggul untuk mengurangi tingkat rekombinasi lubang elektron fotogenerasi. Misalnya, Du et al. [14] telah melaporkan fotokatalisis berdasarkan graphene/TiO2 nanopartikel inti-kulit, dan aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan dikaitkan dengan rentang fotoresponsif yang diperluas dan efisiensi pemisahan lubang elektron yang tinggi karena interaksi sinergis antara TiO2 dan bahan grafena. Namun, graphene secara intrinsik adalah semimetal dengan celah pita nol, yang sangat menghambat penerapannya dalam fotokatalisis [15]. Selain itu, graphene serta CNT menyerap berbagai cahaya, oleh karena itu dapat menghalangi fotokatalisis lain dari iradiasi cahaya [16]. Kelemahan di atas membatasi kinerja fotokatalitik fotokatalisis komposit berbasis graphene dan CNT.
Graphene quantum dots (GQDs), sebagai bahan nano karbon baru yang sedang naik daun, terdiri dari beberapa lapisan graphene dengan dimensi lateral kurang dari 10 nm dan memproses sifat-sifat unik yang diturunkan dari graphene [17]. Dibandingkan dengan titik kuantum semikonduktor tradisional, seperti ZnO [18], CdSe [19] dan sebagainya, GQD menunjukkan kelarutan air yang lebih tinggi, stabilitas kimia yang lebih baik, toksisitas rendah, biokompatibilitas yang sangat baik dan sifat fotolistrik. Oleh karena itu mereka telah menarik berbagai kepentingan dalam penginderaan [20, 21], sel surya [22,23,24], bio-imaging [25, 26] dan fotokatalisis [27,28,29,30]. Baru-baru ini, Qu et al. [31] telah menyiapkan GQD/TiO2 nanotube (GQD/TiO2 NT) komposit dengan metode hidrotermal sederhana pada suhu rendah. Aktivitas fotokatalitik GQD/TiO2 . yang disiapkan Komposit NT pada degradasi methyl orange (MO) meningkat secara signifikan dibandingkan dengan TiO murni2 nanotube. Sudhagar dkk. [32] telah menyiapkan GQD/TiO2 berongga nanowires (HNW) arsitektur elektroda untuk meningkatkan efisiensi pemanenan cahaya dan aktivitas katalitik untuk oksidasi air, tanpa memerlukan agen pengorbanan dan menunjukkan mekanisme yang mendasari photocarrier (e
-
/h
+
) karakteristik transfer pada antarmuka GQD/oksida logam selama operasi. Meskipun ada beberapa laporan yang menunjukkan potensi GQD sebagai fotokatalis yang digerakkan oleh cahaya tampak, kurangnya emisi di bawah eksitasi panjang gelombang panjang dan penyerapan yang luas di wilayah yang terlihat (λ> 400 nm) dari GQD masih membutuhkan metode yang dioptimalkan [33]. Baru-baru ini, titik-titik kuantum graphene yang didoping bersama nitrogen dan sulfur (S, N-GQDs) dipelajari karena fotoabsorpsinya yang luas dalam rentang spektral yang luas, mobilitas transportasi pembawa yang tinggi, dan stabilitas kimia yang sangat baik. Qu et al [34] telah menunjukkan bahwa S,N-GQD memproses penyerapan cahaya tampak yang jauh lebih baik daripada GQD murni dan emisi multiwarna di bawah eksitasi cahaya tampak. Hasil ini menunjukkan bahwa doping unsur GQD dapat menghasilkan katalis yang menjanjikan untuk fotokatalisis surya. Penelitian lebih lanjut harus fokus pada modifikasi GQD untuk mengatur celah pita, memperluas wilayah penyerapan foto, dan meningkatkan efisiensi foto-kuantum. Namun tantangan utama tetap ada dalam mengembangkan fotokatalis berbasis GQD yang berbiaya rendah, stabil, dan sangat aktif.
Dalam makalah ini, kami melaporkan metode hidrotermal untuk mensintesis dan mendoping GQD secara simultan dengan S dan N. Kami selanjutnya menyiapkan S,N-GQD/TiO2 (P25) komposit dengan rute hidrotermal lancar. Komposit ini menunjukkan kinerja fotokatalitik yang sangat baik di H2 produksi dari larutan berair metanol di bawah iradiasi UV-vis tanpa bantuan cocatalysts logam mulia. Aktivitas fotokatalitik S,N-GQD/TiO2 dengan jumlah pemuatan S,N-GQD yang berbeda juga diselidiki. Akhirnya, mekanisme peningkatan kinerja fotokatalitik dibahas berdasarkan hasil eksperimen.
Metode
Sintesis S,N-GQD
Proses sintesis rinci S,N-GQDs telah dilaporkan di tempat lain [35]. Biasanya, 1,26 g (6 mmol) asam sitrat dan 1,38 g (18 mmol) tiourea dilarutkan dalam 30 mL DMF dan diaduk selama beberapa menit untuk mendapatkan larutan yang jernih. Kemudian larutan tersebut dipindahkan ke dalam autoklaf baja tahan karat berlapis Teflon 50 mL. Autoklaf yang disegel dipanaskan hingga suhu konstan 180 °C selama 8 jam dan didinginkan hingga suhu kamar. Produk akhir dikumpulkan endapan dengan menambahkan etanol ke dalam larutan dan kemudian disentrifugasi pada 10.000 rpm selama 15 menit.
Sintesis Komposit S,N-GQD/P25
Komposit S,N-GQD/P25 diperoleh dengan metode hidrotermal. Biasanya, 0,5 g P25 dan 5 mL S,N-GQD (2 mg mL
−1
) ditambahkan ke dalam 20 mL air suling. Campuran terus diaduk selama 4 jam pada suhu kamar untuk mendapatkan suspensi yang homogen. Setelah itu, suspensi dipindahkan ke dalam autoklaf 40 mL yang disegel Teflon dan dipertahankan pada suhu 150 °C selama 6 jam. Kemudian komposit S,N-GQD/P25 dikumpulkan endapannya dengan sentrifugasi pada 4000 rpm selama 5 menit. Dan akhirnya padatan dikeringkan dalam oven vakum pada suhu 50 °C semalaman. Untuk menyelidiki pengaruh konten S,N-GQD pada fotokatalitik H2 tingkat evolusi, komposit S,N-GQD/P25 dengan kandungan S,N-GQD yang berbeda (0, 1, 2, 3, 5, 8 dan 10% berat) telah disiapkan.
Karakterisasi
Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) dan resolusi tinggi TEM (HRTEM) diperoleh dengan mikroskop JEOL JEM-2100 F yang beroperasi pada 200 kV; Pola difraksi sinar-X (XRD) direkam pada difraktometer Rigaku D/max-2500 dengan radiasi Cu Kα terfiltrasi nikel yang dioperasikan pada 40 kV dan 300 mA; Spektrum Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan menggunakan Nicolet 6700 (Thermo Fisher); Spektrum Raman dilakukan oleh NEXUS670 (Thermo Nicolet Corporation); Spektrum serapan UV-vis diukur menggunakan spektrofotometer UV-vis Lambda 950 (Perkin Elmer, USA).
Pembangkitan Hidrogen Fotokatalitik
Lima puluh miligram bubuk fotokatalis didispersikan dalam 100 mL larutan berair yang mengandung 10 mL metanol sebagai zat korban. Penyinaran sinar UV dan sinar tampak dihasilkan dari lampu Xe 300 W tanpa dan dengan filter 400 nm. Jumlah H2 . yang dihasilkan ditentukan dengan kromatografi gas online.
Pengukuran Fotoelektrokimia
Respon arus foto transien diukur dalam stasiun kerja elektrokimia dengan sistem tiga elektroda konvensional:pelat Pt sebagai elektroda lawan, elektroda kalomel jenuh sebagai elektroda referensi, dan sampel yang telah disiapkan dilapisi pada substrat ITO sebagai substrat kerja. elektroda. Secara khusus, elektroda kerja dibuat dengan melapisi bubur yang terbuat dari 0,05 g fotokatalis, 0,2 g polietilen glikol (PEG20000), dan 1,0 mL air ke elektroda kaca ITO dengan metode doctor blade, dengan kalsinasi berikutnya pada 450 °C selama 30 menit. Luas permukaan aktif elektroda kerja yang terpapar elektrolit sekitar 2 cm
2
dan ketebalan lapisan yang dilapisi sekitar 8 mm. Elektrolitnya adalah 0,5 M Na2 JADI4 larutan air. Sumber cahayanya adalah lampu Xe 300 W.
Hasil dan Diskusi
Gambar 1 menunjukkan gambar TEM dari sampel S,N-GQD dan S,N-GQD/P25 yang disintesis. Gambar TEM mengungkapkan bahwa S,N-GQD memiliki dispersi seragam tanpa agregasi yang jelas. Pada gambar HRTEM pada Gbr. 1a, (0-110) pinggiran kisi dengan jarak sekitar 0,24 nm untuk S,N-GQD terlihat [36], mengungkapkan bahwa S,N-GQD memiliki sifat grafit. Gambar mikroskop gaya atom (ATM) dan profil ketinggian yang sesuai dari S,N-GQD masing-masing ditunjukkan pada Gambar. 1b dan c. Ketebalan S,N-GQD sebagian besar terdistribusi dalam kisaran antara 0,8–1,2 nm. Setelah dicampur dengan nanopartikel P25, S,N-GQD didekorasi pada P25 dan terdispersi dengan baik, seperti yang ditunjukkan oleh gambar TEM khas komposit S,N-GQD/P25 (Gbr. 1d).
Karakterisasi morfologi. a Gambar TEM dan HRTEM dari S,N-GQD. b , c Gambar AFM dan profil tinggi S,N-GQD. d Gambar TEM komposit S,N-GQD/P25
Pola XRD komposit P25, S,N-GQDs, dan S,N-GQD/P25 murni ditunjukkan pada Gambar 2. P25 adalah campuran delapan puluh persen anatase TiO2 dan dua puluh persen rutil TiO2 . Puncak difraksi pada 25,28°, 36,96°, 37,8°, 48,05°, 53,89°, 55,02°, 62,69°, 70,26°, dan 75,03° dikaitkan dengan (1 0 1), (1 0 3), (0 0 4 ), (2 0 0), (1 0 5), (2 1 1), (2 0 4), (2 2 0), dan (2 1 5) bidang anatase TiO2; dan puncak lainnya pada 36.12°, 41.18°, dan 56.72° termasuk dalam bidang (1 0 1), (1 1 1) dan (2 2 0) dari rutil TiO2 (Kartu JCPDS No. 21–1272 dan No. 21–1275). Spektrum S,N-GQDs menunjukkan satu puncak yang menonjol pada 25,6° yang sesuai dengan bidang (0 0 2) struktur grafit (jarak antar lapisan ~0,34 nm) [37]. Perlu dicatat bahwa tidak ada puncak khas untuk S,N-GQD yang dapat ditemukan dari spektrum XRD S,N-GQD/P25 dan lokasi serta intensitas puncak yang muncul hampir tidak berubah dibandingkan dengan P25. Hal ini disebabkan rendahnya kandungan S,N-GQDs dalam komposit, yang secara jelas menunjukkan bahwa S,N-GQDs tidak berdampak pada TiO2 struktur dan ukuran kristal.
Pola XRD dari komposit P25, S,N-GQD, dan S,N-GQD/P25
Untuk mendemonstrasikan pemuatan S,N-GQD yang berhasil pada P25, kami melakukan pengukuran spektrum FTIR dan Raman (Gbr. 3). Dalam spektrum FTIR S,N-GQD, getaran regangan O-H pada 3232 cm
−1
; puncak getaran C = O pada 1753 cm
−1
, vibrasi regangan asimetris C = S dan C–S pada 1185 dan 782 cm
−1
, masing-masing, dan vibrasi tekuk N-H pada 1558 cm
−1
terlihat. Sedangkan untuk P25 murni, puncak luar negeri pada 400–800 cm
-1
sesuai dengan ikatan Ti-O dan Ti-O-Ti. Dibandingkan dengan P25, pita getaran untuk S,N-GQD/P25 ini menunjukkan sedikit pergeseran merah yang disebabkan oleh kombinasi S,N-GQDs dan getaran peregangan dari getaran Ti-O-C. Ini menegaskan bahwa S,N-GQD dikoordinasikan dengan P25.
Spektrum FTIR P25, S,N-GQDs, dan S,N-GQD/P25
Gambar 4 menunjukkan spektrum Raman dari P25, S,N-GQDs dan S,N-GQD/P25. Tiga puncak karakteristik yang jelas terletak di 396, 519, dan 639 cm
−1
dapat dianggap berasal dari mode aktif Raman dari P25 menurut analisis kelompok simetri. Namun, dua puncak D dan G tambahan terletak pada 1357 dan 1593 cm
−1
dapat dilihat pada spektrum S,N-GQD/P25, yang merupakan mode Raman-aktif dari S,N-GQD. Berdasarkan semua hasil di atas dapat disimpulkan bahwa S,N-GQDs berhasil dimuat ke TiO2 nanopartikel.
Spektrum Raman dari P25, S,N-GQDs dan S,N-GQD/P25
Penyerapan cahaya adalah faktor kunci yang mempengaruhi kinerja fotokatalitik fotokatalis. Penyerapan UV-vis dari S,N-GQD (Gbr. 5 a) menampilkan dua pita serapan yang berpusat pada 345 dan 462 nm, yang secara signifikan berbeda dari GQD tradisional dengan hanya satu pita serapan yang berpusat pada sekitar 340 nm [38,39 ,40]. Jelas bahwa doping S dan N ke dalam GQD dapat mengubah celah pita dan menghasilkan perbedaan ini. Dari posisi tepi absorpsi, nilai celah pita langsung optik dari S,N-GQD dapat ditentukan dengan menggunakan hubungan Tauc (αhυ)2
= α0 (hυ -Eg ), di mana hυ , α0 dan Eg adalah energi foton, celah pita konstan dan optik, masing-masing [41]. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5b, energi celah 2,5 eV untuk celah pita langsung untuk S,N-GQD dapat dengan mudah diperoleh melalui penerapan ekstrapolasi linier. Perlu dicatat bahwa Eg S,N-GQDs lebih rendah dari TiO2 (3.2 eV), memberikan perbedaan celah pita sebesar 0,7 eV untuk membuat S,N-GQD dapat menyerap dan tereksitasi oleh cahaya tampak [42]. Penyerapan UV-vis dari komposit P25 dan S,N-GQD/P25 yang diukur dalam larutan air ditunjukkan pada Gambar 5c. P25 murni hampir tidak memiliki penyerapan di wilayah cahaya tampak 400–800 nm, sedangkan penyerapan komposit S,N-GQD/P25 meluas ke kisaran tampak hingga 800 nm. Tampaknya, S,N-GQD dapat secara efisien memperluas rentang respons foto komposit S,N-GQD/P25 ke cahaya tampak, yang diharapkan dapat meningkatkan aktivitas fotokatalitik yang digerakkan oleh cahaya tampak.
pengukuran UV-vis. a Spektrum serapan UV-vis dari S,N-GQDs. b Plot Tauc yang sesuai dari S,N-GQDs. c Spektrum serapan UV-vis dari P25 dan S,N-GQD/P25
Gambar 6 menunjukkan kinerja fotokatalitik dari berbagai sampel yang mengandung jumlah S,N-GQDs (wt%) yang berbeda dalam S,N-GQD/P25 di bawah penyinaran sinar UV-vis di H2 produksi. Dapat dilihat bahwa P25 murni menunjukkan H2 . fotokatalitik yang relatif rendah laju pembangkitan (1,7 μmol/jam), mungkin karena TiO2 hanya dapat menyerap sinar UV dan rekombinasi cepat elektron dan hole yang dihasilkan fotogenerasi. Setelah kopling dengan S,N-GQD, fotokatalitik H2 tingkat generasi komposit meningkat secara bertahap dengan peningkatan jumlah S,N-GQDs. Laju generasi tertinggi (5,7 μmol/jam) diperoleh dalam sampel kopling 3 wt% S,N-GQD, yang 3,6 kali lebih tinggi daripada P25 murni. Hasil ini menunjukkan bahwa ini adalah cara yang layak untuk meningkatkan H2 aktivitas pembangkitan TiO murni2 dengan menggabungkannya dengan S,N-GQD. Hal ini terutama disebabkan oleh adanya pencocokan pita energi yang baik di S,N-GQD-TiO2 heterojunction yang memfasilitasi pemisahan elektron-hole yang sangat efisien pada antarmuka [43]. Selain itu, S,N-GQDs dapat secara efisien mentransfer elektron dan menghambat rekombinasi elektron dan hole yang difotogenerasi secara efektif. Namun, dengan semakin meningkatkan konten S,N-GQD, H2 tingkat generasi menurun secara bertahap, yang mungkin karena opacity dan hamburan cahaya dari S,N-GQDs menurunkan penyerapan cahaya insiden dan situs aktif katalitik berkurang [44].
Fotokatalitik H2 tingkat generasi komposit P25 dan S,N-GQD/P25 murni dengan jumlah S,N-GQD yang berbeda di bawah sinar UV–vis
Fotokatalitik H2 tingkat generasi fotokatalis juga diselidiki di bawah cahaya tampak (λ = 400–800 nm) penyinaran. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7, P25 murni hampir tidak menunjukkan aktivitas fotokatalitik karena hampir tidak ada penyerapan dalam cahaya tampak (λ = 400–800 nm) karena celah pita lebarnya (3,2 eV, hanya dapat dieksitasi oleh cahaya λ < 413 nm). Sebaliknya, dengan pemuatan S,N-GQDs ke P25, fotokatalitik H2 tingkat evolusi meningkat secara bertahap di bawah iradiasi cahaya tampak, yang mengungkapkan bahwa S,N-GQD dapat tereksitasi oleh cahaya tampak dan memiliki aktivitas fotokatalitik.
Fotokatalitik H2 tingkat generasi komposit P25 dan S,N-GQD/P25 murni (3 berat% S,N-GQD) di bawah cahaya tampak
Untuk lebih memahami kepraktisan S,N-GQD/P25 dalam fotokatalisis, kami mempelajari stabilitas siklusnya. Gambar 8 menunjukkan bahwa fotokatalis komposit S,N-GQD/P25 memiliki stabilitas yang sangat baik dalam tiga siklus berulang, yang menunjukkan bahwa S,N-GQD/P25 dapat memiliki aplikasi potensial di bidang fotokatalitik.
Percobaan tiga siklus berulang dari 3 wt% S,N-GQDs/TiO2
Selanjutnya, untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang eksitasi dan transfer pembawa muatan fotogenerasi dalam fotokatalis, respons arus foto transien komposit P25 dan S,N-GQD/P25 yang dilapisi pada kaca ITO diselidiki untuk beberapa siklus on-off iradiasi UV-vis. . Seperti ditunjukkan pada Gambar. 9, semua elektroda P25, S,N-GQD, dan S,N-GQD/P25 menunjukkan respons arus foto yang sensitif selama siklus hidup/mati berulang di bawah penyinaran UV-vis. Tren perubahan kerapatan arus foto konsisten dengan H2 photo fotokatalitiknya kegiatan evolusi. Untuk elektroda P25, ada respons arus foto yang sangat lemah terhadap sinar UV-vis bahkan pada potensial yang diterapkan tinggi. Untuk elektroda S,N-GQDs, respons arus foto lebih kuat dari pada P25 saja, tetapi menjadi jauh lebih lambat. Perilaku histeresis arus foto dari S,N-GQDs ini dapat dihasilkan dari tingkat rekombinasi yang tinggi dari elektron dan hole yang dihasilkan fotogenerasi dan resistansi antarmuka yang tinggi antara S,N-GQDs untuk mentransfer muatan [45]. Sebaliknya, setelah kombinasi S,N-GQD, respons arus foto S,N-GQD/P25 memiliki peningkatan yang mencolok sembilan kali lipat dibandingkan dengan P25 saja. Arus foto S,N-GQD/P25 yang ditingkatkan secara signifikan dapat dikaitkan dengan bahwa S,N-GQDs adalah fragmen graphene berskala nano yang dapat memberikan permukaan aktif yang lebih besar dan sangat meningkatkan area kontak dengan TiO2 . Selain itu, S,N-GQDs dapat berfungsi sebagai reservoir elektron seperti ko-katalis Pt yang sering digunakan dalam fotokatalitik H2 , yang kondusif untuk mentransfer elektron fotogenerasi dengan cepat. Hasil ini semakin membuktikan bahwa S,N-GQDs bertindak sebagai reagen transfer elektron solid-state dapat mempercepat transfer elektron fotogenerasi, dan menunjukkan bahwa komposit S,N-GQD/P25 adalah ko-katalis yang menjanjikan untuk fotokatalitik H2 produksi.
Respons arus foto transien komposit P25, S,N-GQDs, dan S,N-GQD/P25 di bawah penyinaran sinar UV–vis
Selanjutnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 10, spektrum PL dari P25 murni menunjukkan pita emisi dalam rentang panjang gelombang 350–550 nm, yang ditetapkan untuk emisi tepi pita eksitonik TiO2 . Dibandingkan dengan P25 murni, semua sampel S,N-GQD/P25 menunjukkan penurunan emisi PL secara substansial, dan efisiensi pendinginan emisi PL meningkat seiring dengan peningkatan konten S,N-GQDs. Pengamatan ini mengungkapkan bahwa rekombinasi muatan TiO2 sangat terbelakang oleh kombinasi dengan S,N-GQDs. Berdasarkan hasil di atas, kami mengusulkan mekanisme yang mungkin untuk peningkatan fotokatalitik H2 aktivitas produksi komposit S,N-GQD/P25. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 11, mekanismenya dapat dijelaskan dengan tiga poin berikut:Pertama, di bawah penyinaran sinar UV, S,N-GQD dapat berfungsi sebagai reservoir elektron untuk menjebak elektron fotogenerasi dari P25 dan mendorong pemisahan elektron-elektron fotogenerasi pasangan lubang secara efisien, yang dikonfirmasi oleh pengukuran PL. Kedua, di bawah iradiasi cahaya tampak, S,N-GQD bertindak sebagai fotosensitizer untuk membuat peka P25 dan menyumbangkan elektron ke pita konduksi P25, yang mengarah ke fotokatalitik H2 yang digerakkan oleh cahaya tampak. kegiatan produksi. Selain itu, dengan celah pita sempit 2,5 eV, S,N-GQD dapat mengubah cahaya tampak dan memiliki aktivitas fotokatalitik di bawah iradiasi cahaya tampak, yang dikonfirmasi oleh penyerapan UV-vis dan fotokatalitik H2 generasi di bawah pengukuran cahaya tampak. Keseluruhan proses reaksi fotokatalitik dapat dijelaskan dengan persamaan berikut [46]:
Spektrum PL komposit P25 dan dan S,N-GQD/P25 murni dengan jumlah S,N-GQD yang berbeda. Panjang gelombang eksitasi:280 nm
Mekanisme yang diusulkan untuk fotokatalitik H2 evolusi komposit S,N-GQD/P25 di bawah penyinaran sinar UV-vis
Sebagai kesimpulan, kami berhasil menyiapkan komposit S,N-GQD/P25 dalam larutan berair. Komposit dipelajari dengan analisis TEM, HRTEM, FTIR, Raman dan XRD. Hasil kami menunjukkan bahwa S,N-GQD yang didekorasi pada P25 jelas dapat memperluas penyerapan cahaya tampak dari P25 dan meningkatkan aktivitas pada fotokatalitik H2 produksi di bawah penyinaran sinar UV-vis. Khususnya, 3 wt% S,N-GQD/P25 menunjukkan kemampuan fotokatalitik terbaik, yaitu sekitar 3,6 kali lebih tinggi daripada P25 murni. Selanjutnya, komposit S,N-GQD/P25 juga menunjukkan fotokatalitik H2 yang efisien. aktivitas produksi di bawah cahaya tampak, yang memenangkan keuntungan lebih dari P25. Secara keseluruhan, komposit S,N-GQD/P25 menunjukkan peningkatan pemanfaatan cahaya matahari untuk produksi hidrogen dan konversi energi.
