CN107747105B - 一种非金属基光电阴极的制备方法 - Google Patents

一种非金属基光电阴极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非金属基光电阴极的制备方法。本发明通过溶液化学法的制备石墨炔；将尿素置于马弗炉中，550℃煅烧4h，制备块材g‑C3N4，再将块材g‑C3N4分散在N‑甲基吡咯烷酮溶剂中超声20h，得到g‑C3N4纳米片分散液；采用溶剂热法将二者复合，即得到g‑C3N4/GDY光电阴极。本发明克服了一般空穴传输材料使用含金属的氧化物且与g‑C3N4复合来构建非金属基光电阴极。光照下，本发明所得g‑C3N4/GDY光电阴极在‑0.1V(vs NHE)得到了较高的光电流响应值，是单独g‑C3N4和单独GDY的3倍之高。本发明光阴极有很好的光电催化活性和稳定性且制备方法简单。

Description

一种非金属基光电阴极的制备方法
技术领域
本发明属于半导体光电催化分解水产氢技术领域，涉及一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法。
背景技术
由于未来对可再生清洁能源的需求不断增加，开发高效的太阳能氢能成为主要的科学挑战。原则上，只有当光生电荷产生且传送到催化剂表面才能发生光电催化水分解反应。然而，这一过程中，光生电荷会发生高达90％的复合率，这严重限制了光电化学转换效率。由于光生空穴传输速率低于光生电子传输速率，所以严重阻碍了光生电荷的有效分离。事实上，作为空穴传输的助催化剂，例如RuO2，IrO2，和CoOx等金属氧化物已经被用于传输光生空穴，然而半导体中作为空穴的有效提取仍局限于导致光生电荷复合的长距离传输，为了获得高效的电荷转移，设计精细结构来优化空穴的传输动力学是必不可少的。
g-C3N4，一种低成本且稳定的高分子半导体由于其优异的电子特性和稳定性已广泛应用于光电分解水产氢，但也存在光生电子空穴复合严重的问题。目前为止，已采取调整g-C3N4的本征电子结构和构建复合物结构来提高g-C3N4的电荷分离。例如，可通过掺杂元素改变g-C3N4的电子能带结构，从而提高电荷的传输速率；传输距离的缩短可通过设计超薄或多孔结构来实现；构建一种g-C3N4与碳纳米管或石墨烯混合物结构可以促进光生电子和空穴的传输。目前，没有报道提示两种非金属材料复合后是否能够作为光电阴极产氢。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明首次通过一种简单的方法将两种非金属材料g-C3N4与GDY复合作为光电阴极产氢。光照下，这一非金属基g-C3N4/GDY光电阴极在-0.1V(vsNHE)得到了较高的光电流响应值，是单独g-C3N4和单独GDY的3倍之高。为研究此催化过程的电荷转移特性，我们对其进行了光致荧光分析与阻抗谱的测试，也对其光电性质提高的机理做了一定的讨论。
本发明的目的在于提供一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
制备石墨炔纳米墙：在溶剂中加入铜片作基底，再滴入六炔基苯溶液，使六炔基苯在铜的催化作用下在溶剂中发生偶联反应，得到在铜片基底上生长的石墨炔纳米墙；
制备g-C3N4纳米片分散液：将尿素煅烧后得到块材g-C3N4，将块材g-C3N4加入到分散剂N-甲基吡咯烷酮中，超声处理后得到g-C3N4纳米片分散液；
制备g-C3N4/GDY光电阴极：将上述制备的长有石墨炔纳米墙的铜片加入g-C3N4纳米片分散液的中，然后在45～55℃反应8～14h，取出铜片，烘干，铜片表面生成的物质即为g-C3N4/GDY光电阴极。
进一步的，所述溶剂由四甲基乙二胺：吡啶：丙酮按体积比为1：(4～6)：(90～110)组成。
进一步的，所述偶联反应的时间为18～22h。
进一步的，所述六炔基苯溶液为六炔基苯的丙酮溶液。
进一步的，所述六炔基苯的用量为0.5～1mg每平方厘米的铜片表面积。
进一步的，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮或水。
进一步的，所述g-C3N4纳米片分散液的浓度为0.8～1.2mg/mL。
进一步的，长有石墨炔纳米墙的铜片与g-C3N4纳米片分散液的用量情况为：每5mlg-C3N4纳米片分散液加入表面积为3～6cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片进行反应。
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极，其制备方法为上述任一所述的方法。
上述任一所述方法制备的非金属基g-C3N4/GDY光电阴极在光电催化产氢中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)采取了简单的剥离手段制备g-C3N4纳米片分散液，用简单的方法制备了非金属基g-C3N4/GDY光电阴极。
(2)本发明制备的光电阴极用于光电分解水产氢，操作简单，催化效果明显，具有较好的稳定性，这一发明提供了一种新的方法优化g-C3N4的光电催化活性。
(3)光照下，本发明所得g-C3N4/GDY光电阴极在-0.1V(vs NHE)得到了较高的光电流响应值，是单独g-C3N4和单独GDY的3倍之高。此方法制备的光阴极有很好的光电催化活性和稳定性且制备方法简单。
(4)本发明方法制得的g-C3N4/GDY光阴极为低成本且无毒的非金属材料
附图说明
图1为实施例1所制备的光电阴极的SEM图(a)GDY和(b)g-C3N4/GDY；TEM图(c)GDY和(d)g-C3N4/GDY；HRTEM图(e)g-C3N4/GDY；(f-h)相应的元素分布图C元素(f)，N元素(g)，C元素和N元素(h)。
图2为本发明制备的GDY和g-C3N4/GDY的拉曼光谱；a)为GDY的拉曼光谱；和b)为g-C3N4/GDY的拉曼光谱；c)和d)分别为本发明制备的g-C3N4/GDY的C 1s、N 1s高分辨XPS光谱图。
图3a)为本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极在光照和不光照条件下的开路电压响应图；b)为光照条件下g-C3N4和g-C3N4/GDY光电阴极的电化学阻抗谱图；c)为g-C3N4和g-C3N4/GDY光电阴极的波特相位图；d)为本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极在光照和不光照条件下的线性扫描循环伏安图。
图4为本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极在光照条件下外加电压为-0.4V vs NHE在0.1M Na2SO4电解质溶液中电流随时间变化曲线。
图5为本发明g-C3N4/GDY光电阴极的产氢机理研究，图a)为GDY，g-C3N4和g-C3N4/GDY的XPS价带谱图；b)为g-C3N4和g-C3N4/GDY的光致荧光光谱；c)为g-C3N4和g-C3N4/GDY的莫特肖特基曲线；紫外可见吸收光谱(d)g-C3N4和(e)GDY；托克曲线(f)g-C3N4和(g)GDY。
图6为本发明g-C3N4/GDY光电阴极中g-C3N4和GDY的能带结构示意图。
具体实施方式
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，包括以下步骤：
制备石墨炔纳米墙：在溶剂中加入铜片作基底，再滴入六炔基苯溶液，使六炔基苯在铜的催化作用下在溶剂中发生偶联反应，得到在铜片基底上生长的石墨炔纳米墙；
制备g-C3N4纳米片分散液：将尿素煅烧后得到块材g-C3N4，将块材g-C3N4加入到分散剂N-甲基吡咯烷酮中，超声处理后得到g-C3N4纳米片分散液；
制备g-C3N4/GDY光电阴极：将上述制备的长有石墨炔纳米墙的铜片加入g-C3N4纳米片分散液的中，然后在45～55℃反应8～14h，取出铜片，烘干，铜片表面生成的物质即为g-C3N4/GDY光电阴极。
优选的，所述溶剂由四甲基乙二胺：吡啶：丙酮按体积比为1：(4～6)：(90～110)组成。
优选的，所述铜片先用稀盐酸清洗，清水洗去残余盐酸之后用丙酮清洗。
优选的，所述偶联反应的时间为18～22h。
优选的，所述六炔基苯溶液为六炔基苯的丙酮溶液。
优选的，所述六炔基苯的用量为0.5～1mg每平方厘米的铜片表面积。
优选的，所述尿素煅烧的温度为500～600℃，煅烧的时间为3.5～4.5h。
优选的，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮或水。
更优选的，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选的，所述超声处理的时间为18～22h。
优选的，所述g-C3N4纳米片分散液的浓度为0.8～1.2mg/mL。
优选的，长有石墨炔纳米墙的铜片与g-C3N4纳米片分散液的用量情况为：每5ml g-C3N4纳米片分散液加入表面积为3～6cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片进行反应。
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极，其制备方法为上述任一所述的方法。
上述任一所述方法制备的非金属基g-C3N4/GDY光电阴极在光电催化产氢中的应用。
优选的，所述光电催化产氢为光电催化分解水产氢。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，其具体步骤是：
(1)制备石墨炔纳米墙
清洗铜片：先用稀盐酸清洗，清水洗去残余盐酸之后用丙酮清洗；三口烧瓶中加入洗好的铜片(铜片表面积为100cm2)，1mL TMEDA(四甲基乙二胺)、5mL吡啶、100mL丙酮，将50mg六炔基苯单体溶解于50mL丙酮溶剂并转移至恒压滴液漏斗，调整恒压滴液漏斗旋塞，4h左右滴完，并反应20h，反应过后铜片上长有石墨炔纳米墙。
(2)制备g-C3N4纳米片分散液
称取10g尿素，置于马弗炉中，550℃煅烧4h，得到块材g-C3N4，称取制备的块材g-C3N410mg，加入10mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，然后超声处理20h，得到g-C3N4纳米片分散液(呈类似于凝胶状的物质)；
(3)制备g-C3N4/GDY光电阴极
将上述制备的表面积为4cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片，置于盛有5mL g-C3N4纳米片分散液的聚四氟乙烯内衬中，然后在高压釜中以50℃反应10h，g-C3N4和GDY(石墨炔)二者可能通过π-π堆积作用结合到一起，反应结束后，取出铜片，烘干，铜片表面所得物质即为g-C3N4/GDY光电阴极。
本发明在制备g-C3N4纳米片分散液选取分散剂时，还研究了多种分散剂的效果，其中也可用到异丙醇作为g-C3N4纳米片分散液的分散剂，但最终制得的光电阴极产品在光电响应方面不明显，无法达到本发明产品在0V vs NHE的外电压下，可获得-98μA/cm2的电流密度的效果。
实施例2：
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，其具体步骤是：
(1)制备石墨炔纳米墙
清洗铜片：先用稀盐酸清洗，清水洗去残余盐酸之后用丙酮清洗；三口烧瓶中加入洗好的铜片(铜片表面积为100cm2)，1mL TMEDA(四甲基乙二胺)、6mL吡啶、90mL丙酮，将100mg六炔基苯单体溶解于100mL丙酮溶剂并转移至恒压滴液漏斗，调整恒压滴液漏斗旋塞，7左右滴完，并反应22h，反应过后铜片上长有石墨炔纳米墙。
(2)制备g-C3N4纳米片分散液
称取10g尿素，置于马弗炉中，600℃煅烧3.5h，得到块材g-C3N4，称取制备的块材g-C3N40.8mg，加入10mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，然后超声处理22h，得到g-C3N4纳米片分散液(呈类似于凝胶状的物质)；
(3)制备g-C3N4/GDY光电阴极
将上述制备的表面积为3cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片，置于盛有5mL g-C3N4纳米片分散液的聚四氟乙烯内衬中，然后在高压釜中以45℃反应14h，g-C3N4和GDY(石墨炔)二者可能通过π-π堆积作用结合到一起，反应结束后，取出铜片，烘干，铜片表面所得物质即为g-C3N4/GDY光电阴极。
实施例3：
一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，其具体步骤是：
(1)制备石墨炔纳米墙
清洗铜片：先用稀盐酸清洗，清水洗去残余盐酸之后用丙酮清洗；三口烧瓶中加入洗好的铜片(铜片表面积为100cm2)，1mL TMEDA(四甲基乙二胺)、4mL吡啶、110mL丙酮，将80mg六炔基苯单体溶解于100mL丙酮溶剂并转移至恒压滴液漏斗，调整恒压滴液漏斗旋塞，5左右滴完，并反应18h，反应过后铜片上长有石墨炔纳米墙。
(2)制备g-C3N4纳米片分散液
称取10g尿素，置于马弗炉中，500℃煅烧4.5h，得到块材g-C3N4，称取制备的块材g-C3N41.2mg，加入10mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，然后超声处理18h，得到g-C3N4纳米片分散液(呈类似于凝胶状的物质)；
(3)制备g-C3N4/GDY光电阴极
将上述制备的表面积为6cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片，置于盛有5mL g-C3N4纳米片分散液的聚四氟乙烯内衬中，然后在高压釜中以55℃反应8h，g-C3N4和GDY(石墨炔)二者可能通过π-π堆积作用结合到一起，反应结束后，取出铜片，烘干，铜片表面所得物质即为g-C3N4/GDY光电阴极。
下面对本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极作进一步的效果检测。
一、扫描电镜和透射电镜检测
图1为实施例1所制备的石墨炔纳米墙、g-C3N4/GDY光电阴极的扫描电镜、透射电镜图，从图1-a)可以看出石墨炔纳米墙均匀地长在了Cu片上，且表面光滑、干净。然而，从图1-b)可以看出g-C3N4/GDY复合物表面呈现了g-C3N4褶皱的特征，说明二者很好地复合在了一起。将g-C3N4/GDY从铜片上超声下来，进行透射测试，图1-c)为石墨炔形貌，呈片状结构，图1-d)为g-C3N4/GDY复合物形貌，片状结构上出现丝绸状褶皱形貌，为g-C3N4，这一结果与扫描测试结果一致。图1-e)、f)、g)、h)为g-C3N4/GDY复合物的高倍透射电镜图，与低倍透射电镜下看到的形貌相似。从元素分布图可以看出，C元素(红)和N元素(绿)均匀地分布在了混合物上，见图1-f)、g)、h)，证明g-C3N4/GDY复合物被成功地合成。
二、拉曼光谱和XPS图谱检测
复合物的结构和成分表征通过拉曼光谱和XPS图谱证明，如图2-a)所示，GDY的D峰(1383.8cm-1)、G峰(1568.9cm-1)和炔键峰位置(1930.3cm-1和2181.4cm-1)与之前文献报道的石墨炔的特征峰一致，表明合成了质量很好的石墨炔纳米墙。对比来说，图2-b)复合物(本发明g-C3N4/GDY)的G峰(1585cm-1)发生蓝移，证明g-C3N4与GDY之间发生相互作用。同时，spC也发生蓝移，表明有π-π堆积作用存在，因为GDY与具有吸电子结构的g-C3N4结合在了一起。图2-c)和d)为XPS谱图，分析可知此复合物光阴极成分为g-C3N4/GDY。
三、开路电压响应、电化学阻抗谱图和波特相位图
为证明电子可以从g-C3N4注入到GDY，将本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极在光照和不光照条件下检测其OCP(开路电压)响应情况。如图3-a)所示，加光(light on)后，g-C3N4/GDY电压正移，从36mV移至约67mV，表明在g-C3N4处生成的空穴传输到了GDY处，正是由于空穴的有效提取，光生载流子的传输障碍减小如图3-b)所示，又进一步计算了光生电子的寿命根据图3-c)及以下公式：
τN＝1/(2πfmax)
g-C3N4与g-C3N4/GDY的电子寿命分别为8.8×10-5与6.1×10-4s，g-C3N4/GDY光电阴极的电子寿命相对于g-C3N4的电子寿命有7倍的提高。这证明了本发明制备的g-C3N4/GDY这光生电子和空穴低的复合物。
四、产氢活性测试
对本发明非金属基g-C3N4/GDY光电阴极进行产氢活性测试，将本发明制备的g-C3N4/GDY光电阴极在光照和不光照条件下进行线性扫描循环伏安测试。以Pt丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，g-C3N4/FTO和g-C3N4/GDY光电阴极为工作电极，电解质溶液为0.1M Na2SO4溶液。在300W氙灯照射下，由图3-d)可以看出g-C3N4/GDY光电阴极在0V vsNHE的外电压下，可获得-98μA/cm2的电流密度，是g-C3N4/FTO光电阴极的3倍，并且高于已报道的CdSe/GDY光电阴极。这一结果证明了本发明将GDY与g-C3N4复合后有利于光电阴极光电性能的提高。
五、产氢量和法拉第效率检测
考察本发明g-C3N4/GDY光电阴极的产氢量和法拉第效率。
气相色谱用来检测本发明g-C3N4/GDY光电阴极的产氢量，在0.1M Na2SO4电解质溶液中，以Pt丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，g-C3N4/FTO和g-C3N4/GDY光电阴极为工作电极，电解质溶液脱气除去O2，在外加电压为-0.4V vs NHE的条件下，300W氙灯照射下，在1.156C的电流通过外电路后，法拉第效率达到93％。
六、稳定性检测
一个光电阴极的对于产氢体系来说至关重要，因此，对g-C3N4/GDY光电阴极的稳定性进行了测试。
在0.1M Na2SO4电解质溶液中，以Pt丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，g-C3N4和g-C3N4/GDY光电阴极为工作电极。电解质溶液脱气除去O2，然后使用电化学工作站测试其稳定性。
检测结果如图4所示，g-C3N4/GDY光电阴极在3.5h内保持了良好的光电流稳定性，表明此g-C3N4/GDY光电阴极的稳定性很好。
七、产氢机理探究
探究g-C3N4/GDY光电阴极的产氢机理。
为确定电子能带结构，进行了XPS、PL光谱(光致荧光光谱)、莫特肖特基曲线测试和紫外光谱测试。图5-a)为GDY，g-C3N4和g-C3N4/GDY的XPS价带谱图，g-C3N4和GDY的价带位置分别为2.4eV和1.7eV，g-C3N4的价带位置高于GDY的价带位置，这为空穴从g-C3N4传送到GDY提供了通道。显著地，g-C3N4/GDY复合物的价带位置在2.1eV高于GDY的价带位置低于g-C3N4的价带位置。这一现象可以解释为复合以后g-C3N4与Cu基底的接触电阻变小，有益于空穴的传输。并且，如图5-b)所示的PL光谱，g-C3N4/GDY复合物相比于g-C3N4显示了明显的荧光猝灭现象，表明GDY有效的促进了光生电子和光生空穴的分离。为进一步确定能带结构，莫特肖特基曲线被测试，如图5-c)所示得到g-C3N4和GDY的平带电势分别为-1.46V和-1.21Vvs Ag/AgCl。带隙可从紫外测试得到(如图5-d)、e)所示)；通过图5-f)、g)所示的托克曲线中可获知，g-C3N4的带隙为2.83eV，GDY的带隙为2.07eV。
综上所述，画出了本发明g-C3N4/GDY复合物的能带结构图(如图6)。证明了g-C3N4与GDY结合后，光生空穴可以有效地从有效地从g-C3N4注入到GDY中，从而抑制了光生电子和空穴的复合，有利于光电催化效率的提高。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备石墨炔纳米墙：在溶剂中加入铜片作基底，再滴入六炔基苯溶液，使六炔基苯在铜的催化作用下在溶剂发生偶联反应，得到在铜片基底上生长的石墨炔纳米墙；
制备g-C3N4纳米片分散液：将尿素煅烧后得到块材g-C3N4，将块材g-C3N4加入到分散剂中，超声处理后得到g-C3N4纳米片分散液；
制备g-C3N4/GDY光电阴极：将上述制备的长有石墨炔纳米墙的铜片加入g-C3N4纳米片分散液中，然后在45～55℃反应8～14h，取出铜片，烘干，铜片表面生成的物质即为g-C3N4/GDY光电阴极；
所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述g-C3N4纳米片分散液的浓度为0.8～1.2 mg/mL，长有石墨炔纳米墙的铜片与g-C3N4纳米片分散液的用量情况为：每5mL g-C3N4纳米片分散液加入表面积为3～6cm2的长有石墨炔纳米墙的铜片进行反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂由四甲基乙二胺：吡啶：丙酮按体积比为1：（4～6）：（90～110）组成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偶联反应的时间为18～22 h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述六炔基苯溶液为六炔基苯的丙酮溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述六炔基苯的用量为0.5～1 mg每平方厘米的铜片表面积。
6.一种非金属基g-C3N4/GDY光电阴极，其特征在于，其制备方法为上述1～5任一所述的方法。
7.权利要求1～5任一所述方法制备的非金属基g-C3N4/GDY光电阴极在光电催化产氢中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109095545B (zh) * 2018-09-29 2021-08-10 吴洋洋 一种电化学与光催化协同处理高浓度有机废水的装置和方法
CN109594100B (zh) * 2018-12-07 2021-04-02 东华大学 一种C3N4负载Cu/Sn合金材料及其制备和应用
CN110459754B (zh) * 2019-09-02 2022-06-24 晶瑞新能源科技有限公司 一种高性能锂离子电池c3n4/碳复合负极材料的制备方法
CN111192938B (zh) * 2020-01-14 2021-11-30 天津理工大学 一种光电突触器件的制备及调制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105056985A (zh) * 2015-09-29 2015-11-18 李若然 g-C3N4/氧化石墨烯/纳米铁可见光响应催化膜
CN105336498A (zh) * 2015-10-21 2016-02-17 江南大学 一种新型稳定的g-C3N4/NiO光电阴极的制备方法
CN105688969A (zh) * 2016-02-19 2016-06-22 厦门大学 一种光解水制氢催化剂的制备方法
CN106622323A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 大连理工大学 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法
CN106732738A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 东华大学 一种石墨烯/g‑C3N4三维网络复合薄膜及其制备和应用
CN107029777A (zh) * 2017-05-26 2017-08-11 长沙学院 复合可见光催化剂及其制备方法和应用
CN107081165A (zh) * 2017-04-21 2017-08-22 石家庄铁道大学 一种类石墨烯氮化碳材料及其制备方法和用途
CN107130256A (zh) * 2017-04-07 2017-09-05 黄河科技学院 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105056985A (zh) * 2015-09-29 2015-11-18 李若然 g-C3N4/氧化石墨烯/纳米铁可见光响应催化膜
CN105336498A (zh) * 2015-10-21 2016-02-17 江南大学 一种新型稳定的g-C3N4/NiO光电阴极的制备方法
CN105688969A (zh) * 2016-02-19 2016-06-22 厦门大学 一种光解水制氢催化剂的制备方法
CN106622323A (zh) * 2016-11-25 2017-05-10 大连理工大学 一种具有可见光响应的多功能光电催化膜的制备方法
CN106732738A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 东华大学 一种石墨烯/g‑C3N4三维网络复合薄膜及其制备和应用
CN107130256A (zh) * 2017-04-07 2017-09-05 黄河科技学院 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用
CN107081165A (zh) * 2017-04-21 2017-08-22 石家庄铁道大学 一种类石墨烯氮化碳材料及其制备方法和用途
CN107029777A (zh) * 2017-05-26 2017-08-11 长沙学院 复合可见光催化剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Flat-packed carbon: Carbon";David Bradley;《Materials Today》;20100630;第13卷(第6期);9

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