物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (1): 1906014.doi: 10.3866/PKU.WHXB201906014
所属专题: 庆祝唐有祺院士百岁华诞专刊
收稿日期:
2019-06-04
录用日期:
2019-07-11
发布日期:
2019-07-19
通讯作者:
王心晨
E-mail:xcwang@fzu.edu.cn
基金资助:
Zhiming Pan,Minghui Liu,Pingping Niu,Fangsong Guo,Xianzhi Fu,Xinchen Wang*()
Received:
2019-06-04
Accepted:
2019-07-11
Published:
2019-07-19
Contact:
Xinchen Wang
E-mail:xcwang@fzu.edu.cn
Supported by:
摘要:
光催化还原二氧化碳是人工光合作用的重要组成部分,但由于还原二氧化碳的活化能过高导致其应用受到极大地限制。这里,我们报道Ni2P材料耦合光敏剂能够实现高效的光催化二氧化碳还原。此外,为了进一步的提高二氧化碳还原性能,一种合成超薄片层结构Ni2P纳米片的策略被采用,目的提高其对二氧化碳吸附能力和降低二氧化碳还原的活化能。一系列物理化学表征被实施,比如X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等。这些实验结果证实了厚度为1.5 nm的超薄Ni2P纳米片被成功地制备。荧光实验结果揭示了Ni2P纳米片能够更高效地促进光生载流子的分离。此外,电化学实验证明了Ni2P纳米片具有较高的活性比表面积和电荷导电性,因此可以为二氧化碳转化提供更多的活性中心,从而加快其界面反应动力学。光催化二氧化碳还原实验结果展现了Ni2P纳米片光催化一氧化碳的生成速率为64.8 μmol·h-1,且其活性是Ni2P颗粒光催化二氧化碳还原活性的四倍,同时它展现出较高化学稳定性。这项工作为超薄Ni2P纳米片在光催化二氧化碳中的应用提供了新的思路。
潘志明,刘明辉,牛萍萍,郭芳松,付贤智,王心晨. Ni2P纳米片用于光催化二氧化碳还原[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1), 1906014. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906014
Zhiming Pan,Minghui Liu,Pingping Niu,Fangsong Guo,Xianzhi Fu,Xinchen Wang. Photocatalytic CO2 Reduction Using Ni2P Nanosheets[J]. Acta Physico-Chimica Sinica 2020, 36(1), 1906014. doi: 10.3866/PKU.WHXB201906014
Fig 1
(a) XRD patterns for Ni2P nanosheets and Ni(OH)2 nanoparticles. XPS spectra of Ni2P nanosheets in the (b) Ni 2p and (c) P 2p regions. (d) TEM image of Ni2P nanosheets. (e) HRTEM image of Ni2P nanosheet and photograph of the corresponding colloidal dispersion displaying the Tyndall effect (inset). (f) AFM image of Ni2P nanosheets."
Fig 2
(a) Production of H2 and CO using different samples and results of the GC-MS analysis of the generation of CO using 13 CO2 as the gas source (inset). (b) Generation of H2 and CO from the photocatalytic CO2 reduction system under various reaction conditions. (c) Evolution of H2 and CO from the photocatalytic CO2 reduction system in various solvents (THF, tetrahydrofuran; DMF, N, N-dimethylformamide; DCM, dichloromethane). (d) Wavelength dependence of the formation of H2 and CO, and the light adsorption spectrum to the [Ru(bpy)3]Cl2 photosensitizer. The wavelength of the incident light is regulated by applying relative long-pass cut-off filters."
Fig 6
(a) LSV curves of Ni2P particles and Ni2P nanosheets in Ar-saturated and CO2-saturated 0.1 mol·L-1 KHCO3 solutions. Scan rate of 20 mV·s-1. (b) Charging current density differences plotted against scan rates. (c) Nyquist plots of the Ni2P particles and Ni2P nanosheets recorded at -0.8 V vs an Ag/AgCl electode. (d) Room-temperature PL of the photocatalytic CO2 reduction systems with and without Ni2P (Ni2P particles or Ni2P nanosheets) as a catalyst under 500 nm light irradiation."
1 |
Asadi M. ; Kim K. ; Liu C. ; Addepalli A. V. ; Abbasi P. ; Yasaei P. ; Phillips P. ; Behranginia A. ; Cerrato J. M. ; Haasch R. ; et al Science 2016, 353, 467.
doi: 10.1126/science.aaf4767 |
2 |
Wang S. ; Wang X. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 2308.
doi: 10.1002/anie.201507145 |
3 |
Qin J. ; Wang S. ; Ren H. ; Hou Y. ; Wang X. Appl. Catal. B 2015, 179, 1.
doi: 10.1016/j.apcatb.2015.05.005 |
4 |
Wang Y. ; Zhang Z. ; Zhang L. ; Luo Z. ; Shen J. ; Lin H. ; Long J. ; Wu J. C. S. ; Fu X. ; Wang X. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14595.
doi: 10.1021/jacs.8b09344 |
5 |
Pan Z. ; Zheng Y. ; Guo F. ; Niu P. ; Wang X. ChemSusChem 2017, 10, 87.
doi: 10.1002/cssc.201600850 |
6 |
Liang F. ; Lindberg P. ; Lindblad P. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 2583.
doi: 10.1039/C8SE00281A |
7 | Pan, Z.; Zhang, G.; Wang, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7102, 7102. doi: 10.1002/anie.201902634 |
8 |
Lan Z. A. ; Wang X. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 457.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061 |
蓝志安; 王心晨. 物理化学学报, 2017, 33, 457.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201701061 |
|
9 |
Kuriki R. ; Sekizawa K. ; Ishitani O. ; Maeda K. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2406.
doi: 10.1002/anie.201411170 |
10 |
Wu L. Y. ; Mu Y. F. ; Guo X. X. ; Zhang W. ; Zhang Z. M. ; Zhang M. ; Lu T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9491.
doi: 10.1002/anie.201904537 |
11 |
Zhai Q. ; Xie S. ; Fan W. ; Zhang Q. ; Wang Y. ; Deng W. ; Wang Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 5776.
doi: 10.1002/anie.201301473 |
12 |
Shown I. ; Samireddi S. ; Chang Y. C. ; Putikam R. ; Chang P. H. ; Sabbah A. ; Fu F. Y. ; Chen W. F. ; Wu C. I. ; Yu T. Y. ; et al Nat. Commun. 2018, 9, 169.
doi: 10.1038/s41467-017-02547-4 |
13 |
Qin J. ; Wang S. ; Wang X. Appl. Catal. B 2017, 209, 476.
doi: 10.1016/j.apcatb.2017.03.018 |
14 |
Kuriki R. ; Matsunaga H. ; Nakashima T. ; Wada K. ; Yamakata A. ; Ishitani O. ; Maeda K. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5159.
doi: 10.1021/jacs.6b01997 |
15 |
Kang Q. ; Wang T. ; Li P. ; Liu L. ; Chang K. ; Li M. ; Ye J. Angew. Chem. 2015, 127, 855.
doi: 10.1002/ange.201409183 |
16 |
Cometto C. ; Kuriki R. ; Chen L. ; Maeda K. ; Lau T. C. ; Ishitani O. ; Robert M. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7437.
doi: 10.1021/jacs.8b04007 |
17 |
Pei Z. ; Li H. ; Huang Y. ; Xue Q. ; Huang Y. ; Zhu M. ; Wang Z. ; Zhi C. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 742.
doi: 10.1039/C6EE03265F |
18 |
Wang S. ; Guan B. Y. ; Lou X. W. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 306.
doi: 10.1039/C7EE02934A |
19 |
Zheng Y. ; Lin L. ; Ye X. ; Guo F. ; Wang X. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11926.
doi: 10.1002/anie.201407319 |
20 |
Wang S. ; Wang X. Appl. Catal. B 2015, 162, 494.
doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.026 |
21 |
Kuriki R. ; Yamamoto M. ; Higuchi K. ; Yamamoto Y. ; Akatsuka M. ; Lu D. ; Yagi S. ; Yoshida T. ; Ishitani O. ; Maeda K. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4867.
doi: 10.1002/anie.201701627 |
22 |
Ouyang T. ; Wang H. J. ; Huang H. H. ; Wang J. W. ; Guo S. ; Liu W. J. ; Zhong D. C. ; Lu T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16480.
doi: 10.1002/anie.201811010 |
23 |
Ouyang T. ; Huang H. H. ; Wang J. W. ; Zhong D. C. ; Lu T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 738.
doi: 10.1002/anie.201610607 |
24 |
Wang S. ; Wang X. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 55, 2308.
doi: 10.1002/anie.201507145 |
25 |
Fu J. ; Zhu B. ; Jiang C. ; Cheng B. ; You W. ; Yu J. Small 2017, 13, 1603938.
doi: 10.1002/smll.201603938 |
26 |
Apaydin D. H. ; Portenkirchner E. ; Jintanalert P. ; Strauss M. ; Luangchaiyaporn J. ; Sariciftci N. S. ; Thamyongkit P. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 2747.
doi: 10.1039/C8SE00422F |
27 |
Yang Y. ; Ajmal S. ; Zheng X. ; Zhang L. Sustain. Energy Fuels 2018, 2, 510.
doi: 10.1039/C7SE00371D |
28 |
Carenco S. ; Portehault D. ; Boissière C. ; Mézailles N. ; Sanchez C. Adv. Mater. 2014, 26, 371.
doi: 10.1002/adma.201303198 |
29 |
Shi Y. ; Zhang B. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 1529.
doi: 10.1039/C5CS00434A |
30 |
Liu Q. ; Tian J. ; Cui W. ; Jiang P. ; Cheng N. ; Asiri A. M. ; Sun X. Angew. Chem. 2014, 126, 6828.
doi: 10.1002/ange.201404161 |
31 |
Tian J. ; Liu Q. ; Asiri A. M. ; Sun X. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7587.
doi: 10.1021/ja503372r |
32 |
Li D. ; Baydoun H. ; Verani C. N. ; Brock S. L. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4006.
doi: 10.1021/jacs.6b01543 |
33 |
Yu X. Y. ; Feng Y. ; Guan B. ; Lou X. W. ; Paik U. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1246.
doi: 10.1039/C6EE00100A |
34 |
Stern L. A. ; Feng L. ; Song F. ; Hu X. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2347.
doi: 10.1039/C5EE01155H |
35 |
Pan Z. ; Niu P. ; Hou Y. ; Fang Y. ; Liu M. ; Wang X. ChemSusChem 2019, 12, 1911.
doi: 10.1002/cssc.201801691 |
36 |
Indra A. ; Acharjya A. ; Menezes P. W. ; Merschjann C. ; Hollmann D. ; Schwarze M. ; Aktas M. ; Friedrich A. ; Lochbrunner S. ; Thomas A. ; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1653.
doi: 10.1002/anie.201611605 |
37 |
Sun Z. ; Zheng H. ; Li J. ; Du P. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 2668.
doi: 10.1039/C5EE01310K |
38 |
Sun X. ; Lu L. ; Zhu Q. ; Wu C. ; Yang D. ; Chen C. ; Han B. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2427.
doi: 10.1002/anie.201712221 |
39 |
Calvinho K. U. D. ; Laursen A. B. ; Yap K. M. K. ; Goetjen T. A. ; Hwang S. ; Murali N. ; Mejia-Sosa B. ; Lubarski A. ; Teeluck K. M. ; Hall E. S. ; et al Energy Environ. Sci. 2018, 11, 2550.
doi: 10.1039/C8EE00936H |
40 |
Fu Z. C. ; Xu R. C. ; Moore J. T. ; Liang F. ; Nie X. C. ; Mi C. ; Mo J. ; Xu Y. ; Xu Q. Q. ; Yang Z. ; et al Chem. Eur. J. 2018, 24, 4273.
doi: 10.1002/chem.201800335 |
41 |
Wang S. ; Guan B. Y. ; Lu Y. ; Lou X. W. D. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17305.
doi: 10.1021/jacs.7b10733 |
42 |
Wang S. ; Guan B. Y. ; Lou X. W. D. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5037.
doi: 10.1021/jacs.8b02200 |
43 |
Chen Y. ; Jia G. ; Hu Y. ; Fan G. ; Tsang Y. H. ; Li Z. ; Zou Z. Sustain. Energy Fuels 2017, 1, 1875.
doi: 10.1039/C7SE00344G |
44 |
Li F. ; Chen L. ; Knowles G. P. ; MacFarlane D. R. ; Zhang J. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 505.
doi: 10.1002/anie.201608279 |
45 |
Tu W. ; Zhou Y. ; Liu Q. ; Tian Z. ; Gao J. ; Chen X. ; Zhang H. ; Liu J. ; Zou Z. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1215.
doi: 10.1002/adfm.201102566 |
46 |
Cao S. ; Shen B. ; Tong T. ; Fu J. ; Yu J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1800136.
doi: 10.1002/adfm.201800136 |
47 |
Ou H. ; Lin L. ; Zheng Y. ; Yang P. ; Fang Y. ; Wang X. Adv. Mater. 2017, 29, 1700008.
doi: 10.1002/adma.201700008 |
48 |
Pu Z. ; Wei S. ; Chen Z. ; Mu S. Appl. Catal. B 2016, 196, 193.
doi: 10.1016/j.apcatb.2016.05.027 |
49 |
Gao C. ; Meng Q. ; Zhao K. ; Yin H. ; Wang D. ; Guo J. ; Zhao S. ; Chang L. ; He M. ; Li Q. ; et al Adv. Mater. 2016, 28, 6485.
doi: 10.1002/adma.201601387 |
50 |
Jiang J. ; Zhao K. ; Xiao X. ; Zhang L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4473.
doi: 10.1021/ja210484t |
51 |
Yu J. ; Low J. ; Xiao W. ; Zhou P. ; Jaroniec M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8839.
doi: 10.1021/ja5044787 |
52 |
Jia J. ; Qian C. ; Dong Y. ; Li Y. F. ; Wang H. ; Ghoussoub M. ; Butler K. T. ; Walsh A. ; Ozin G. A. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 4631.
doi: 10.1039/C7CS00026J |
53 |
Li F. ; Xue M. ; Li J. ; Ma X. ; Chen L. ; Zhang X. ; MacFarlane D. R. ; Jie Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14718.
doi: 10.1002/anie.201710038 |
54 |
Zhao Y. ; Chen G. ; Bian T. ; Zhou C. ; Waterhouse G. I. N. ; Wu L. Z. ; Tung C. H. ; Smith L. J. ; O'Hare D. ; Zhang T. Adv. Mater. 2015, 27, 7824.
doi: 10.1002/adma.201503730 |
55 |
Yao T. ; Liu L. ; Xiao C. ; Zhang X. ; Liu Q. ; Wei S. ; Xie Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7554.
doi: 10.1002/anie.201302891 |
56 |
Popczun E. J. ; McKone J. R. ; Read C. G. ; Biacchi A. J. ; Wiltrout A. M. ; Lewis N. S. ; Schaak R. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9267.
doi: 10.1021/ja403440e |
57 |
Tang C. ; Zhang R. ; Lu W. ; Wang Z. ; Liu D. ; Hao S; Du ; G . ; Asiri A.M. ; Sun X. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 842.
doi: 10.1002/anie.201608899 |
58 |
Bai Y. ; Zhang H. ; Li X. ; Liu L. ; Xu H. ; Qiu H. ; Wang Y. Nanoscale 2015, 7, 1446.
doi: 10.1039/C4NR05862C |
59 |
Wang S. ; Wang X. Appl. Catal. B 2015, 162, 494.
doi: 10.1016/j.apcatb.2014.07.026 |
60 |
Chen Y. ; Wang B. ; Lin S. ; Zhang Y. ; Wang X. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 29981.
doi: 10.1021/jp510187c |
61 |
Wang S. ; Hou Y. ; Wang X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 4327.
doi: 10.1021/am508766s |
[1] | 曹玥晗, 郭瑞, 马敏智, 黄泽皑, 周莹. 活性位点电子密度变化对光催化CO2活化和选择转化的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303029 - . |
[2] | 张珹博, 陶晓萍, 蒋文超, 郭俊雪, 张鹏飞, 李灿, 李仁贵. 微波辅助合成促进铬酸铋晶体的光生电荷分离[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303034 - . |
[3] | 赖可溱, 李丰彦, 李宁, 高旸钦, 戈磊. 金属-有机骨架衍生的Ni-CNT/ZnIn2S4异质结用于光催化产氢及其电荷转移途径的确定[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2304018 - . |
[4] | 宋千伟, 何观朝, 费慧龙. 基于单原子催化剂的光热催化转化:原理和应用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212038 -0 . |
[5] | 陈瑶, 陈存, 曹雪松, 王震宇, 张楠, 刘天西. CO2和N2电还原中缺陷及界面工程的最新进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2212053 -0 . |
[6] | 王中辽, 汪静, 张金锋, 代凯. 光激发电荷在光催化氧化还原反应中的全利用[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209037 - . |
[7] | 王吉超, 乔秀, 史维娜, 贺景, 陈军, 张万庆. 多面体状Cu2O修饰片状BiOI的S型异质结构筑及光催化水蒸气中CO2转化性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2210003 - . |
[8] | 昝忠奇, 李喜宝, 高晓明, 黄军同, 罗一丹, 韩露. 0D/2D碳氮量子点(CNQDs)/BiOBr复合的S型异质结高效光催化降解和产H2O2[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2209016 - . |
[9] | 孙涛, 李晨曦, 鲍钰鹏, 樊君, 刘恩周. S-型MnCo2S4/g-C3N4异质结光催化产氢性能研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212009 - . |
[10] | 吴新鹤, 陈郭强, 王娟, 李金懋, 王国宏. S-Scheme异质结光催化产氢研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212016 -0 . |
[11] | 张怡宁, 高明, 陈松涛, 王会琴, 霍鹏伟. Ag/CN/ZnIn2S4 S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO2研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2211051 - . |
[12] | 罗铖, 龙庆, 程蓓, 朱必成, 王临曦. Pt-C3N4/BiOCl S型异质结应用于光催化CO2还原的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212026 - . |
[13] | 张珂瑜, 李云锋, 袁仕丹, 张洛红, 王倩. S型异质结H2O2光催化剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(6): 2212010 - . |
[14] | 周文杰, 景启航, 李家馨, 陈颖芝, 郝国栋, 王鲁宁. 有机光催化剂用于太阳能水分解:分子水平和聚集体水平改性[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211010 -0 . |
[15] | 卢尔君, 陶俊乾, 阳灿, 侯乙东, 张金水, 王心晨, 付贤智. 碳包覆Pd/TiO2光催化产氢协同胺类选择性氧化合成亚胺[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2211029 -0 . |
|