MC镁瑞臣论文奖励丨淮北师范大学：胡成凭借使用我们MC镁瑞臣的产品，发表了最新光催化二氧化碳还原的研究成果！
发表期刊：Applied Catalysis B: Environmental
文章题目：Difunctional Ni2P decorated novel Z-scheme BiVO4/g-C3N4 heterojunction
for achieving highly efficient CO2 reduction and tetracycline oxidation
第一作者：胡成
通讯作者：贾雪梅（讲师）林海莉（教授）陈士夫（教授）
发表单位：淮北师范大学 化学与材料科学学院
实验方向：光催化二氧化碳还原
Z型异质结由于其较强的氧化还原能力，在同步CO 2还原和四环素降解方面具有很大的应用潜力，但其界面迁移阻力大，严重限制了其实际应用。在此，将双功能Ni 2P作为电子桥和助催化剂合理引入BiVO 4/g-C 3N 4 Z型体系中，以降低界面迁移阻力，其光催化性能优于BiVO 4/g-C 3N 4异质结。此外，深入探讨了Ni 2P在提升光催化活性方面的双重作用。显然，金属Ni 2P作为电子桥可以有效减少电子的界面迁移阻力，同时作为g-C 3N 4表面的助催化剂，不仅加速了载流子的分离和迁移，还增加了更多用于CO 2还原的活性位点，从而最大化载流子的分离效率。本研究强调了过渡金属磷化物作为电子桥和助催化剂的协同效应，为设计高效的环境和能源应用光催化剂提供了思路。
环境污染和能源问题已成为当今科学界和人类社会面临的一个重大挑 战。迄今为止，半导体光催化被认为是解决上述两个难题的有前景且有 效的方法[1-3]。特别是，近年来，在氧化还原反应体系中将光催化CO 2 还原与有机物氧化合成相结合的研究热潮，开辟了一条引人入胜的途 径，实现了光生载流子的完全利用[4-7]。然而，残留的有机溶剂和副产 品带来了二次污染，使得这种耦合反应系统难以实现能源与环境双赢的 目标。因此，有必要设计一个完美的耦合反应系统，以同时实现能量生 成和环境修复。借鉴CO 2还原与有机物氧化合成耦合反应原理，采取相 反的方式设计耦合反应系统。从氧化半反应的逆过程出发，即“传统精 细化工合成”被“有机污染矿化”所取代，结合CO 2还原建立理想的耦 合反应系统。这种耦合反应系统的构建(CO 2还原耦合 通过污染清除）不仅实现了环境与能源双赢的目的，而且实现了载体的 充分利用。
论文第一作者为：胡成
论文通讯作者为：贾雪梅、林海莉、陈士夫
催化剂的晶体结构通过Bruker D8 Advance X射线衍射仪（XRD）进行 检测。为了观察光催化剂的微观结构，使用了蔡司Sigma 300扫描电子显 微镜（SEM）和JEOL F200透射电子显微镜（TEM）。光催化剂的光吸收特 性通过岛津UV-3600 iplus紫外-可见光谱仪（DRS）记录。反应自由基通 过布鲁克EMX plus顺磁共振波谱仪（ESR）获得。羟基自由基（?OH）和 超氧自由基（?O?2）利用5,5 -二甲基-1-吡咯啉N-氧化物（DMPO）作为 自旋捕获剂进行检测。简而言之，将2毫克光催化剂加入到2 mL的DMPO溶 液（100 mM）中。?O?2和?OH分别在可见光照射下被甲醇和水介质捕获。使用配备UV截止滤光片（λ > 420 nm）的300瓦氙灯作为光源。照射 后，混合溶液在ESR设备上以固定时间间隔测量。原位照射的XPS光谱由 PHI5000 Versa Probe III X射线光电子能谱仪（XPS）分析。为了测量 样品的比表面积和CO 2吸附量，应用了Micromeritics ASAP2460比表面 积分析仪。Bruker INVENIOR FT-IR光谱仪用于测试原位FT-IR光谱。稳 态光致发光（PL）光谱和时间分辨荧光（TRPL）衰减曲线均使用 Edinburgh仪器FLS980荧光光谱仪进行表征。Zeta电位则通过Mano ZS90 Zeta粒度分析仪测量。
本文使用设备
1.催化剂制备：
①通过简单的焙烧法和水热法制备了一系列双功能Ni2P复合的BiVO4/Ni2P/g-C3N4异质结（简写为BNC）。首先，将三聚氰胺在550℃条件下焙烧4 h，冷却至室温并研磨后再次按上述条件焙烧可以得到g-C3N4。将0.097g 的Bi(NO3)3•5 H2O (0.2mmol)溶解于20 mL HNO3溶液（2.0 M）；将0.44 g的CN均匀地分散在上所述的澄清溶液标记为A。将0.023 g NH4VO3 (0.2 mmol)溶于10 mL NaOH (2.0 M)水溶液中标记为B。随后，将B溶液缓慢滴加入溶液A中，随后滴加2.0M的NaOH溶液调节pH=7.0。在室温下搅拌0.5小时后，将反应前驱体溶液放入180 ℃烘箱中水热12 h。水热后用去离子水和乙醇交叉洗涤各三次，在80℃的烘箱中烘干。将所获得的光催化剂命名20 wt% BiVO4/g-C3N4（标记为0.2BV/CN）。通过改变g-C3N4的添加量得到一系列BV/CN异质结。
②采用水热法制备了Ni2P/g-C3N4复合材料。将0.05 g NiCl2•6 H2O (0.2 mmol)溶解于40 mL去离子水中。然后，将0.50 g-C3N4和0.06 g RP分散到上述溶液中，超声30分钟，形成均匀的浑浊溶液。将上述溶液转入水热釜中并在140°C的烘箱中水热10小时，后处理BV/CN的后处理。将产物命名为3wt % Ni2P/g-C3N4 (标记为0.03Ni2P/CN)。同样，通过改变g-C3N4的质量，制备了yNi2P/CN复合材料(y = 0.0075, 0.015, 0.045, 0.06，y代表Ni2P与g-C3N4的质量比)。在不添加g-C3N4的情况下，采用上述工艺制备了纯Ni2P。
③采用沉积法制备了BiVO4/Ni2P/g-C3N4复合材料与上述0.2BV/CN的合成方法类似，用yNi2P/CN代替g-C3N4合成了BiVO4/Ni2P/g-C3N4复合材料。所得样品标记为0.2BV/yNi2P/CN (y = 0.0075, 0.015, 0.03, 0.045, 0.06)。
2.催化剂性能测试：
采用北京镁瑞臣有限公司设计的封闭式气体循环智能化测试系统(如图所示)。将50 mg催化剂粉末加入50 mL 20 mg L–1 TC溶液中，放置光催化反应装置超声分散，并接入封闭式气体循环测试系统，随后通入50 mL CO2, 采用300 W氙灯（>300 nm, 镁瑞臣有限公司）照射，产出气体定时智能采样进入色谱分析，从而获得光催化剂CO2还原耦合TC氧化的光催化性能。
总之，设计并应用于CO 2还原与废水净化耦合反应体系中的是引入了双功能Ni 2P到BiVO 4/gC 3N 4 Z型异质结。Ni 2P电子桥和助催化剂的协同效应不仅降低了界面迁移阻力，还增加了更多的活性位点，从而最大化了载流子的分离效率，实现高效的光催化CO 2还原与TC降解耦合。此外，耦合反应系统实现了电荷的充分利用，从而提高了载流子利用率和光催化活性。因此，将双功能TMP引入异质结可以提供一种可行的方法，以制备高效光催化剂，有望在可再生能源生产和环境修复中实现多方面的应用。
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