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gao1986

铜虫 (初入文坛)

[交流] 可见光响应催化剂(111)金纳米片在石墨烯基底上的合成

原文出处:低维材料

近期,Ana Primo研究组成功实现了在多层石墨烯上沉积(111)面定向排列的金纳米片的方法,并发现其具有催化水分解的优异光催化效率。
燃料电池的应用前景很大程度上取决于光催化分解水的效率。石墨烯常被用作光催化反应的添加剂或光活性剂。通过在多层石墨烯上沉积(111)面定向排列的金纳米片,模拟阳光下可实现H2产率0.9 molH2 /(gcomposite·h),量子产率达到0.08%。可见光照射下,产率可达到100 mmolH2 / (gcomposite·h)。

可见光响应催化剂(111)金纳米片在石墨烯基底上的合成

图1 制备金沉积石墨烯薄膜的方法示意

Primo研究组将壳聚糖溶液旋涂在清洁的基底上旋涂得到薄膜,缓慢浸入HAuCl4溶液中,惰性气氛下900℃高温分解。石墨烯薄膜上金的含量可控制在ng/cm2至μg/cm2之间,AFM结果显示多层石墨烯的厚度约为20nm。一方面,由于单层石墨烯具有极高的透明度(>99%),添加石墨烯是一种提高光吸收率的便捷的方式,综合考虑制备难度与透光性能选择多层石墨烯作为催化助剂。另一方面,纳米金的(111)面定向排列形成了等离子键,使该材料表现出可见光的光响应,而这一定向排列可通过X射线衍射确定。

可见光响应催化剂(111)金纳米片在石墨烯基底上的合成-1
图2 金薄膜的SEM照片

目前对这一催化机理目前尚未形成共识,该研究组提出了一种机制。一方面,石墨烯吸收紫外光子后表现出高催化活性,可以实现快的电子空穴复合;另一方面,可见光使金纳米颗粒活化,使电子从金纳米片移动到石墨烯的同时促进了电荷分离。

可见光响应催化剂(111)金纳米片在石墨烯基底上的合成-2
图3 光催化反应的可能机制

相关研究成果最近刊登在知名刊物
NATURE COMMUNICATIONS
(doi:10.1038/ncomms11819)
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