Modifikasi Cocatalyst PtNi Alloy dari Eosin Y-Sensitized g-C3N4/GO Hybrid untuk Evolusi Hidrogen Fotokatalitik Cahaya Tampak Efisien
Abstrak
Kokatalis paduan berbasis Pt yang ekonomis dan efektif telah menarik banyak perhatian karena aktivitas katalitiknya yang sangat baik dan mengurangi penggunaan Pt. Dalam penelitian ini, cocatalyst paduan PtNi berhasil didekorasi pada g-C3 N4 /GO fotokatalis hibrida melalui metode reduksi kimia yang mudah. G-C yang peka terhadap Eosin Y3 N4 /PtNi/GO-0,5% fotokatalis komposit menghasilkan laju evolusi hidrogen sekitar 1,54 dan 1178 kali lebih tinggi daripada g-C tersensitisasi Eosin Y3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel, masing-masing. Mekanisme peningkatan performa untuk g-C3 N4 Komposit /PtNi/GO juga diselidiki dengan karakterisasi yang berbeda, seperti fotoluminesensi, respon arus foto transien, dan TEM. Hasil ini menunjukkan bahwa efisiensi pemisahan muatan yang ditingkatkan dan situs yang lebih reaktif bertanggung jawab atas peningkatan kinerja evolusi hidrogen karena efek sinergis positif antara Pt dan Ni. Studi ini menunjukkan bahwa paduan PtNi dapat digunakan sebagai cocatalyst yang ekonomis dan efektif untuk reaksi evolusi hidrogen.
Peningkatan signifikan dari fotokatalitik H2 evolusi diwujudkan melalui eosin Y-sensitized g-C3 N4 Komposit /PtNi/GO dengan paduan PtNi sebagai kokatalis yang efisien.
Latar Belakang
Evolusi hidrogen skala besar dan berkelanjutan dari air menggunakan energi matahari dianggap sebagai salah satu metode yang menjanjikan untuk memecahkan krisis energi dan pencemaran lingkungan [1, 2]. Untuk mencapai tujuan ini, diperlukan fotokatalis respon cahaya tampak dan kokatalis yang efisien [3,4,5]. Biasanya, pemuatan logam mulia Pt sebagai kokatalis yang efisien sangat diperlukan untuk mencapai tingkat evolusi hidrogen yang tinggi [6,7,8]. Namun, Pt jarang dan mahal, yang menghambat aplikasi praktisnya. Mengurangi jumlah penggunaan Pt sekaligus mempertahankan aktivitas katalitiknya yang sangat baik untuk evolusi hidrogen diinginkan. Mengganti bagian dari Pt dengan logam transisi (Ni, Co, Cu, Fe, dll) untuk membentuk cocatalyst paduan bimetal adalah cara potensial yang menjanjikan untuk mencapai aktivitas katalitik yang sangat baik dan mengurangi penggunaan Pt [9,10,11]. Dalam beberapa kasus, kinerja katalitik kokatalis paduan bimetalik berbasis Pt sebanding dengan Pt murni karena efek sinergis positif antara kedua logam. Oleh karena itu, fotokatalis respons cahaya tampak yang dimuat dengan kokatalis paduan bimetalik telah mendapat perhatian lebih akhir-akhir ini.
Yu dkk. melaporkan bahwa Cu2 . modifikasi cocatalyst alloy PtCo atau PtNi alloy ZnSnS4 menunjukkan H2 higher yang lebih tinggi efisiensi produksi daripada Pt murni memuat Cu2 ZnSnS4 [12]. Pt3 CdS yang didekorasi dengan kokatalis bimetalik disiapkan oleh Hu et al. dan menunjukkan peningkatan kinerja evolusi hidrogen [13]. PtCo dan/atau PtFe memuat Zn1 − x Cdx S juga dievaluasi dalam penelitian sebelumnya [14, 15]. Namun, kinerja fotokatalitik cahaya tampak rendah dari Cu2 ZnSnS4 atau toksisitas Cd yang tinggi menghalangi aplikasi praktisnya dalam skala besar. Karbon nitrida (g-C3 N4 ) telah menarik perhatian karena harganya yang murah [16]. Han dkk. melaporkan bahwa H2 tingkat evolusi 960 μmol g
−1
h
−1
diperoleh melalui PtCo/g-C3 N4 fotokatalis di bawah λ> 400 nm iradiasi [17]. PtNix /g-C3 N4 fotokatalis hybird juga dipelajari oleh Bi et al., dan H2 tingkat evolusi 8456 μmol g
−1
h
−1
dicapai di bawah iradiasi spektral penuh [18]. Namun, kinerja fotokatalitik cahaya tampak untuk paduan bimetalik cocatalyst-modified g-C3 N4 fotokatalis masih sedikit rendah karena celah pita lebar 2,7 eV dan kemampuan transfer elektron yang buruk. G-C peka-Y eosin3 N4 dapat memanen berbagai cahaya tampak [19, 20]. Grafena oksida (GO) memiliki sifat pengangkut elektron yang tinggi dan telah banyak digunakan sebagai akseptor elektron [21,22,23,24,25]. Menggabungkan g-C3 N4 dan GO dapat mempromosikan kemampuan transfer elektron di g-C3 N4 dan dengan demikian meningkatkan pemisahan pasangan elektron-lubang untuk meningkatkan kinerja fotokatalitik untuk evolusi hidrogen [26,27,28,29,30,31]. Akhir-akhir ini, kami melaporkan g-C tersensitisasi Eosin Y yang efisien3 N4 /Pt/GO fotokatalis komposit untuk evolusi hidrogen [23]. Kokatalis Pt yang mahal memainkan salah satu peran penting untuk kinerja produksi hidrogen yang relatif tinggi. Untuk mengurangi penggunaan Pt yang mahal dan lebih meningkatkan kinerja fotokatalitik yang terlihat, memanfaatkan g-C peka-Eosin Y yang murah3 N4 /GO fotokatalis komposit yang dimuat dengan kokatalis paduan berbasis Pt berguna.
Di sini, g-C peka-Eosin Y3 N4 Fotokatalis komposit /PtNi/GO disiapkan untuk evolusi hidrogen dari air. Laju evolusi hidrogen tertinggi sebesar 5,89 mmol g
−1
h
−1
diperoleh melalui g-C peka-Eosin Y3 N4 /PtNi/GO fotokatalis, yang jauh lebih tinggi daripada g-C tersensitisasi Eosin Y3 N4 /Pt/GO dan g-C3 N4 /Ni/GO sampel komposit. Sejauh pengetahuan kami, tidak ada laporan sebelumnya bahwa g-C yang peka terhadap Eosin Y3 N4 Komposit /PtNi/GO digunakan untuk produksi hidrogen dari air. Rasio molar optimal Pt/Ni dan jumlah kokatalis PtNi disaring secara rinci. Selain itu, mekanisme peningkatan kinerja fotokatalis untuk g-C3 N4 Komposit /PtNi/GO juga diselidiki melalui metode karakterisasi yang berbeda.
Bagian Eksperimental
Sintesis g-C3 N4
g-C3 N4 bubuk disintesis seperti yang dijelaskan dalam penelitian sebelumnya [32]. Dalam prosedur yang khas, urea (8 g) ditempatkan dalam wadah alumina dengan penutup. Crucible dipanaskan hingga 600 °C dengan laju pemanasan 5 °C/menit dan ditahan selama 2 jam dalam tungku tabung. Setelah perawatan termal, g-C kuning muda3 N4 bubuk dikumpulkan untuk digunakan lebih lanjut.
Persiapan GO
GO disiapkan menggunakan metode Hummers yang dimodifikasi [33]. Grafit alam (10 g) dan NaNO3 (5 g) dimasukkan ke dalam gelas kimia. Kemudian, 230 mL asam sulfat pekat ditambahkan, dan prosesnya harus selambat mungkin. Reaksi di atas dilanjutkan dengan pengadukan di bawah penangas air es. Selanjutnya, 10 g KMnO4 ditambahkan ke dalam larutan campuran dan direaksikan selama 3 jam. Suhu larutan dinaikkan menjadi 35 °C dan dipertahankan selama 4 jam. Kemudian, 460 mL air suling dituangkan ke dalam larutan di atas dan dipanaskan hingga sekitar 98 °C selama 3 jam. Setelah reaksi, sejumlah H2 O2 (30%) dan asam klorida pekat ditambahkan sambil diaduk dengan tujuan menghilangkan kelebihan KMnO4 dan JADI4
2−
. Terakhir, sampel GO diperoleh dengan pengeringan beku selama 24 jam.
Sintesis g-C3 N4 /PtNi/GO-X (X merepresentasikan rasio bobot kokatalis PtNi terhadap g-C3 N4 /GO komposit dan rasio molar Pt terhadap Ni adalah 1:1):Pada umumnya, 133 mg g-C3 N4 didispersikan ke dalam 50 mL etanol anhidrat. Kelebihan NaBH4 reduktor ditambahkan ke dalam larutan campuran sambil diaduk. Kemudian, volume tertentu NiCl2 ·6H2 Larutan O (0,1 mol/L) dan H2 PtCl6 larutan (1,0 mmol/L) ditambahkan tetes demi tetes ke dalam larutan di atas. Untuk menyelidiki prosedur tambahan NiCl2 ·6H2 O dan H2 PtCl6 solusi, tiga metode termasuk pemuatan simultan Pt dan Ni, pemuatan Pt dan kemudian Ni atau sebaliknya dipilih. Kemudian, larutan suspensi diaduk selama 5 jam untuk mencapai dispersi yang seragam untuk kokatalis PtNi dalam g-C3 N4 . Setelah itu, g-C3 N4 /PtNi-X sampel dikumpulkan dengan sentrifugasi untuk menghilangkan kelebihan NaBH4 untuk beberapa kali. Setelah itu, 67 mg GO dan g-C3 N4 /PtNi-X sampel didispersikan ke dalam 100-mL air suling secara bersamaan. Larutan suspensi diultrasonikasi pada 500 W selama 10 jam. Setelah itu, serangkaian g-C3 N4 /PtNi/GO-X fotokatalis komposit diperoleh dengan cara disentrifugasi kemudian dikeringkan pada suhu 60 °C dalam oven vakum selama satu malam. Kokatalis paduan PtNi bimetal lainnya dengan rasio molar Pt/Ni yang berbeda (9:1, 3:1, 1:3, 1:9) juga dibuat sama dengan metode yang disebutkan di atas, yang disebut sebagai Pt9 Ni1 , Pt3 Ni1 , Pt1 Ni3 , dan Pt1 Ni9 , masing-masing, khususnya, rasio 1:1 M dari nama Pt/Ni sebagai PtNi.
Sintesis g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% dan g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% sampel (0,5% mewakili rasio berat Ni atau Pt terhadap g-C3 N4 /GO komposit):g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% dan g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% sampel disiapkan dengan prosedur preparasi yang sama dengan g-C3 N4 /PtNi/GO-X sampel kecuali untuk penambahan volume NiCl yang berbeda2 ·6H2 Solusi O atau H2 PtCl6 larutan. Rasio bobot 2:1 dari g-C3 N4 to GO dipilih di semua g-C3 N4 /Ni/GO, g-C3 N4 /Pt/GO, dan g-C3 N4 /Ptx Niy /GO sampel komposit menurut penelitian kami sebelumnya [32].
Metode Karakterisasi
Pola XRD diperoleh dengan menggunakan difraktometer difraksi sinar-X (Bruker D8-Advance, Jerman) dengan radiasi Cu-Kα. Gambar TEM dari sampel direkam melalui mikroskop elektron transmisi (JEM-2100, Jepang). Keadaan kimia permukaan fotokatalis diukur dengan spektroskopi foto-elektron sinar-X (XPS, AXISULTRA) dengan sinar-X Al Ka monokromatik (1486,6 eV). Spektrum photoluminescence (PL) diukur pada spektrometer JY HORIBA FluoroLog-3, dan panjang gelombang tereksitasi 460 nm dipilih. Kurva respons arus foto dilakukan di stasiun kerja elektrokimia (CHI660E, Chenhua, Cina) menggunakan sel tiga elektroda standar konvensional di bawah iradiasi cahaya tampak (λ > 420 nm). 0,1 mol/L Na2 JADI4 larutan digunakan sebagai elektrolit.
Pengukuran Aktivitas Fotokatalitik
Eksperimen fotokatalitik dilakukan dalam sel Pyrex dengan jendela datar atas pada 6°C. Biasanya, 50 mg bubuk fotokatalis dan 50 mg pewarna Eosin Y ditambahkan ke dalam 100 mL H2 O mengandung 20 vol% (v /v) trietanolamin (TEOA, pH = 7). Lampu xenon 300-W (D59, Beijing China Education Au-light Co., Ltd) yang digabungkan dengan filter pemutus UV (> 420 nm) digunakan sebagai sumber cahaya. Jumlah hidrogen diukur melalui kromatografi gas (GC-7920, TCD, pembawa Ar).
Hasil dan Diskusi
Pola XRD dari g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5%, dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel ditunjukkan pada Gambar. 1. Dua puncak difraksi yang jelas diamati untuk tiga sampel. Sebuah puncak kecil yang berpusat pada 2θ = 13.8° ditetapkan ke (100) puncak g-C3 N4 , yang muncul dari motif pengemasan struktural dalam bidang [34]. Puncak difraksi kuat pada 27,4° diindeks sebagai puncak (002) g-C3 N4 , yang sesuai dengan susunan interlayer sistem aromatik terkonjugasi [35]. Untuk tiga sampel yang dievaluasi, tidak ada sinyal difraksi kokatalis GO, Pt dan/atau Ni yang terdeteksi. Pengelupasan GO yang cukup dalam komposit dapat mengakibatkan tidak adanya informasi GO [28]. Sedangkan jumlah Pt dan/atau Ni terlalu kecil untuk dideteksi dengan metode XRD. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, tiga sampel yang berbeda menunjukkan struktur laminar yang lebih tipis yang serupa setelah perlakuan ultrasonik. Kontak intim yang terbentuk antara struktur berlapis 2D dari g-C3 N4 dan struktur nanosheet GO. Pada Gambar 2a, b, nanopartikel Ni atau Pt yang sedikit lebih besar terdispersi pada interlayer atau permukaan g-C3 N4 . Dibandingkan dengan Ni dan Pt murni, ukuran partikel cocatalyst paduan PtNi berkurang dan dispersi cocatalyst paduan PtNi ditingkatkan (lihat Gambar 2c). Kokatalis paduan PtNi yang berukuran kecil akan memberikan situs yang lebih reaktif untuk evolusi hidrogen, dan dispersi yang tinggi dari kokatalis paduan PtNi bermanfaat untuk transfer elektron dari g-C3 N4 dan/atau pergi ke cocatalyst PtNi. Peningkatan dispersi kokatalis paduan PtNi juga diamati pada penelitian sebelumnya [36]. Alasan presisi perlu diselidiki lebih lanjut.
Pola XRD dari g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5%, dan g-C3 N4 /PtNi/GO-sampel 0,5%
Gambar TEM dari g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% (a ), g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% (b ), dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% (c )
Untuk menyelidiki unsur kimia permukaan dan keadaan valensi g-C3 N4 /Ni/GO, g-C3 N4 /Pt/GO, dan g-C3 N4 Sampel /PtNi/GO, spektrum XPS resolusi tinggi dari tiga sampel berbeda diukur dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 3. Pada Gambar 3a, spektrum XPS dari C 1 dapat dipasang ke dalam dua puncak kuat dengan pengikatan energi sekitar 284,8 eV dan 288,2 eV, yang masing-masing ditetapkan untuk CC dan N=CN [37]. Kedua puncak tersebut merupakan karakteristik spesies karbon pada g-C3 N4 . Dua puncak kecil pada 286,7 eV dan 287,7 eV juga diperoleh, yang masing-masing dimiliki oleh gugus fungsi C-O dan C=O pada permukaan GO [38]. Pada Gambar 3 (b), puncak karakteristik C-N-C, N-(C)3 , dan grup C-N-H di g-C3 N4 terdeteksi, yang terletak pada energi ikat masing-masing 398,7, 400,3, dan 401,4 eV [39]. Pada Gambar. 3 (c), energi pita O1 ditemukan pada 532,4 dan 533,8 eV, yang masing-masing ditetapkan untuk gugus fungsi yang mengandung oksigen dalam sampel komposit dan adsorpsi permukaan spesies oksigen [40]. Gambar 3 (d) menunjukkan spektrum XPS dari doublet Pt 4f (4f7/2 dan 4f5/2 ). Pt 4f7/2 dan 4f5/2 puncak terletak di 70,97 dan 74,28 eV untuk g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% sampel, masing-masing, yang mewakili sinyal Pt
0
[41, 42]. Untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel, energi ikat orbital Pt 4f bergeser sekitar 0,42 eV ke energi ikat tinggi dibandingkan dengan Pt. Pergeseran puncak yang jelas menunjukkan bahwa elektron Pt sedikit hilang, yang menunjukkan bahwa cocatalyst paduan PtNi terbentuk di g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3e, energi ikat pada 852,54 dan 870,18 eV dapat ditetapkan ke Ni 2p3/2 dan Ni 2p1/2 untuk g-C3 N4 /Ni/GO-2% sampel, masing-masing, yang merupakan sinyal karakterisasi Ni
0
[43]. Dibandingkan dengan g-C3 N4 /Ni/GO-2%, energi ikat Ni 2p bergeser ke energi ikat rendah untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-2% sampel. Hasilnya menunjukkan bahwa perubahan lingkungan sekitar atom Ni terjadi, yang selanjutnya menegaskan bahwa cocatalyst paduan PtNi berhasil disintesis [41]. Rasio molar tepat Pt terhadap Ni dalam g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel adalah 9:11 melalui pengukuran XPS. Berdasarkan analisis di atas, dapat disimpulkan bahwa g-C3 N4 Komposit /PtNi/GO dengan paduan PtNi sebagai kokatalis diperoleh dengan menyisir sonokimia fase cair dengan metode reduksi kimia.
Spektrum XPS dari (a ) C 1, (b ) N 1 s dan (c ) O 1 untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. d Spektrum XPS dari Pt 4f untuk g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. e Spektrum XPS Ni 2p untuk g-C3 N4 /Ni/GO-2% dan g-C3 N4 /PtNi/GO-2% sampel
Gambar 4 menunjukkan H2 tingkat evolusi deret g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel dimuat dengan berbagai jenis cocatalyst. Pemuatan simultan dari nama Pt dan Ni sebagai g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5%; Memuat Pt dan kemudian Ni menamai sebagai g-C3 N4 /Pt-Ni/GO-0,5%; Memuat Ni dan kemudian nama Pt sebagai g-C3 N4 /Ni-Pt/GO-0,5%. Untuk g-C tersensitisasi Eosin Y3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel dengan Ni murni sebagai kokatalis, H2 tingkat evolusi sangat rendah dan hanya mencapai 0,005 mmol g
−1
h
−1
. Setelah menggantikan Ni dengan Pt sebagai kokatalis, terjadi peningkatan H2 . yang signifikan tingkat evolusi diamati, yang meningkat tajam menjadi 3,82 mmol g
−1
h
−1
untuk g-C peka-Eosin Y3 N4 /Pt/GO-0,5% sampel. Hasilnya menunjukkan bahwa pemuatan Pt cocatalyst yang efisien diperlukan untuk mencapai kinerja yang sangat baik untuk H2 generasi. Ketika menggunakan paduan PtNi sebagai cocatalyst, g-C yang tersensitisasi Eosin Y3 N4 Komposit /PtNi/GO-0,5% menunjukkan H2 tertinggi tingkat evolusi 5,89 mmol g
−1
h
−1
, yaitu sekitar 1,54 dan 1178 kali lebih tinggi dari g-C peka-Eosin Y3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel, masing-masing. Peningkatan kinerja dapat dikaitkan dengan efek sinergis positif antara Pt dan Ni. Dibandingkan dengan cocatalyst Pt murni, cocatalyst paduan PtNi mempercepat akumulasi elektron fotongenerated, yang akan memberikan lebih banyak elektron untuk evolusi hidrogen [18]. Selain itu, kokatalis paduan PtNi yang berukuran kecil dan dispersi yang tinggi dapat menghasilkan lebih banyak H2 situs evolusi dan meningkatkan transfer elektron, masing-masing. Ketika dimuat Pt dan kemudian Ni atau sebaliknya, pengurangan yang jelas dari H2 aktivitas evolusi diamati. Faktanya, pembebanan Pt dan kemudian Ni atau sebaliknya tidak membentuk cocatalyst paduan PtNi [44]. Hasilnya menunjukkan bahwa mencapai H2 high yang tinggi tingkat pembangkitan sangat bergantung pada penggunaan kokatalis paduan PtNi yang efisien.
H2 tingkat evolusi deret g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel dimuat dengan berbagai jenis cocatalyst. Sumber cahaya:Lampu Xenon 300 W (λ> 420 nm). Solusi reaksi:100 mL 20% (v /v) larutan air TEOA (pH = 7)
Komposisi cocatalyst paduan PtNi memiliki pengaruh penting pada aktivitas katalitik untuk H2 evolusi. Oleh karena itu, H2 tingkat produksi g-C peka-Eosin Y3 N4 /Ptx Niy /GO-0,5% sampel yang dimuat dengan rasio molar Pt/Ni yang berbeda diselidiki dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5a. H2 tingkat produksi meningkat secara bertahap dengan meningkatnya rasio molar Ni/Pt. Jika rasio molar Ni/Pt adalah 1:1, tingkat produksi hidrogen tertinggi adalah 5,89 mmol g
−1
h
−1
diperoleh. Semakin meningkatkan jumlah Ni menyebabkan penurunan H2 aktivitas evolusi. Degradasi H2 kinerja pembangkitan mungkin berasal dari pengurangan jumlah situs aktif Pt untuk H2 evolusi. Situs aktif Pt memiliki adsorpsi ion hidrogen yang lebih kuat daripada Ni [12]. Oleh karena itu, H2 evolusi secara istimewa terjadi pada Pt daripada Ni. Gambar 5b menunjukkan H2 tingkat produksi g-C peka-Eosin Y3 N4 Sampel /PtNi/GO dimuat dengan jumlah kokatalis paduan PtNi yang berbeda. Jika kandungan berat kokatalis paduan PtNi adalah 0,5%, laju evolusi hidrogen adalah 2,45 mmol g
−1
h
−1
diperoleh untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,25% sampel. Laju evolusi hidrogen meningkat dari 2,45 mmol g
−1
h
−1
hingga nilai tertinggi 5,89 mmol g
−1
h
−1
setelah jumlah cocatalyst paduan PtNi hingga 0,5%. Dalam peningkatan lebih lanjut jumlah kokatalis paduan PtNi, kinerja evolusi hidrogen menunjukkan sedikit penurunan. Kokatalis paduan PtNi yang berlebihan dapat menghambat penyerapan cahaya Eosin Y dan g-C3 N4 dan dengan demikian menurunkan kinerja fotokatalitik. Stabilitas pembangkitan hidrogen untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel juga diukur dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 6. Setelah uji 4 siklus, laju pembentukan hidrogen untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel menunjukkan sedikit penurunan, yang menunjukkan bahwa g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel komposit memiliki stabilitas yang relatif untuk evolusi hidrogen. Ikatan kovalen yang kuat antara karbon dan nitrida pada C3 N4 dan degradasi lemah Eosin Y adalah dua alasan utama stabilitas evolusi hidrogen g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel [19, 45].
a H2 tingkat produksi g-C3 N4 /Ptx Niy /GO-0,5% sampel dimuat dengan rasio molar Pt/Ni yang berbeda. b H2 tingkat produksi g-C3 N4 Sampel /PtNi/GO dimuat dengan jumlah kokatalis paduan PtNi yang berbeda. Sumber cahaya:Lampu Xenon 300 W (λ> 420 nm). Solusi reaksi:100 mL 20% (v /v ) larutan air TEOA (pH = 7)
Siklus H2 produksi untuk g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. Sumber cahaya:300 W Lampu Xenon (λ > 420 nm), Larutan reaksi:100 mL 20% (v/v) Larutan berair TEOA (pH = 7), fotokatalis, 50 mg, rasio berat Eosin Y terhadap Fotokatalis adalah 1 :1
Untuk menyelidiki mekanisme peningkatan kinerja fotokatalis g-C3 N4 /PtNi/GO sampel dengan paduan PtNi sebagai cocatalyst, dua kemungkinan alasan penyerapan cahaya dan efisiensi pemisahan muatan dievaluasi. Gambar 7 menunjukkan spektrum reflektansi difus UV-Vis g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5%, dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. Tiga sampel yang berbeda menunjukkan penyerapan yang jelas setelah sekitar 450 nm, yang berasal dari kokatalis logam [18]. g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel dengan Ni murni sebagai cocatalyst menunjukkan penyerapan terkuat setelah sekitar 450 nm. Namun, H2 tingkat evolusi untuk g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel adalah yang terendah. Hasilnya menunjukkan bahwa peningkatan H2 kinerja evolusi tidak berasal dari peningkatan penyerapan cahaya.
Efisiensi pemisahan muatan dapat dicirikan oleh spektrum pendinginan photoluminescence (PL) [46, 47]. Secara umum, intensitas kuat spektrum PL menunjukkan rekombinasi pembawa muatan yang serius. Gambar 8a menunjukkan spektrum quenching photoluminescence (PL) Eosin Y oleh g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5%, dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel. Hanya larutan Eosin Y tanpa fotokatalis yang menunjukkan puncak emisi ekstensif pada sekitar 540 nm karena struktur xanthene konjugasi Eosin Y dan kapasitas rekombinasi yang kuat dari pasangan lubang elektron yang difotogenerasi dalam Eosin Y yang tereksitasi. Pendinginan fluoresensi yang jelas diamati setelah menambahkan berbagai jenis fotokatalis ke dalam larutan Eosin Y. Pendinginan fluoresensi menunjukkan bahwa elektron ditransfer ke fotokatalis dari Eosin Y yang tereksitasi dan kemudian bermigrasi ke kokatalis untuk reduksi proton. Selain itu, ada pergeseran biru kecil (ca. 1,3 nm) dari spektrum pendinginan PL untuk tiga fotokatalis komposit yang dievaluasi berbeda, yang dapat dikaitkan dengan interaksi susun -π nonkovalen antara Eosin Y, gC3 N4 dan PERGI [48]. Spektrum pendinginan PL g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% sampel menunjukkan intensitas sedang, yang lebih rendah dari g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel. Yang penting, g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel menunjukkan intensitas fluoresensi terendah, yang menyiratkan bahwa kokatalis paduan PtNi adalah kokatalis paling efisien untuk meningkatkan efisiensi pemisahan muatan daripada Pt atau Ni murni. Hasilnya konsisten dengan aktivitas evolusi H2 (lihat Gambar 4). Untuk memverifikasi lebih lanjut proses transfer muatan, respons arus foto transien g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5%, dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel diukur dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 8b. g-C3 N4 Sampel /PtNi/GO-0,5% menunjukkan respons arus foto tertinggi di bawah iradiasi cahaya tampak (λ > 420 nm), yang selanjutnya menegaskan bahwa penggunaan kokatalis paduan PtNi sangat penting untuk meningkatkan efisiensi pemisahan muatan. Berdasarkan hasil di atas, peningkatan aktivitas evolusi H2 untuk g-C peka-Eosin Y3 N4 Komposit /PtNi/GO-0,5% dikaitkan dengan peningkatan efisiensi pemisahan muatan.
a Spektrum pendinginan fotoluminesensi (PL) oleh g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /PtNi/GO-0,5% sampel dalam larutan berair TEOA 20% (v/v) (pH = 7). Solusi Eosin Y:0,01 mM (b ) Respons arus foto transien g-C3 N4 /Ni/GO-0,5%, g-C3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /PtNi/GO-sampel 0,5%
Berdasarkan hasil dan analisis mekanisme di atas, kami mengusulkan diagram skematik untuk memahami H2 proses evolusi untuk g-C peka-Eosin Y3 N4 /PtNi/GO sampel komposit (Gbr. 9). Di bawah iradiasi cahaya tampak, elektron fotogenerasi dalam LUMO dari Eosin Y yang tereksitasi ditransfer ke g-C3 N4 dan/atau GO dan kemudian ke cocatalyst paduan PtNi untuk reduksi proton. Sedangkan elektron terfotoeksitasi pada CB g-C3 N4 juga mengalir ke cocatalyst paduan PtNi untuk H2 reaksi evolusi. Pada saat yang sama, lubang fotogenerasi atau pewarna Eosin Y teroksidasi secara langsung mengoksidasi zat korban TEOA.
Diagram skematik H2 proses evolusi untuk g-C peka-Eosin Y3 N4 /PtNi/GO sampel komposit di bawah penyinaran cahaya tampak
Kesimpulan
Terner g-C3 N4 Komposit /PtNi/GO disintesis dengan menyisir cara sonokimia fase cair yang lancar dengan metode reduksi kimia. G-C yang peka terhadap Eosin Y3 N4 Komposit /PtNi/GO-0,5% menunjukkan tingkat evolusi hidrogen tertinggi sebesar 5,89 mmol g
−1
h
−1
, yaitu sekitar 1,54 dan 1178 kali lebih tinggi dari g-C peka-Eosin Y3 N4 /Pt/GO-0,5% dan g-C3 N4 /Ni/GO-0,5% sampel, masing-masing. Aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan dapat dianggap berasal dari efek sinergis positif antara Pt dan Ni serta situs yang lebih reaktif, yang mengarah pada pemisahan pasangan lubang elektron terfotoeksitasi yang efisien. Studi ini menunjukkan bahwa paduan PtNi dapat digunakan sebagai kokatalis yang ekonomis dan efisien untuk evolusi hidrogen fotokatalitik.
