碳/石墨相氮化碳复合材料显著提升光电化学水分解效率

本文报道了一种通过碳材料修饰石墨相氮化碳(g-C3N4)显著提升光电化学(PEC)水分解性能的创新研究。该复合材料在1.23 V vs. RHE条件下光电流密度达到8 μA/cm2，是纯g-C3N4的2倍，为开发高效无金属光电极提供了重要指导。

　　

Highlight

碳材料与g-C₃N₄的紧密结合显著提升了光电化学水分解性能，2% C-g-C₃N₄的光电流密度达到8 μA/cm²（1.23 V vs. RHE），是纯g-C₃N₄的2倍。

材料与方法

原料：三聚氰胺(MA)、Nafion和乙炔黑(AB)购自上海麦克林生化有限公司。

C-g-C₃N₄的合成

将MA（10 g）和AB（200 mg）按1:0.02的质量比在研钵中均匀混合，置于半封闭瓷坩埚中，在N₂氛围下550°C煅烧4小时。通过调节AB比例可控制复合材料中的碳含量。

结构与形貌分析

通过XRD、FTIR和XPS等多种表征技术研究了C-g-C₃N₄样品的晶体结构和化学组成。XRD图谱显示，C-g-C₃N₄和纯g-C₃N₄均在13.0°和27.4°处出现特征衍射峰，分别对应g-C₃N₄的(100)和(002)晶面，证实了石墨相氮化碳的成功制备。

结论

我们证实碳/g-C₃N₄复合材料能显著提升光电化学水分解效率。多种表征技术验证了碳与g-C₃N₄的紧密接触，导电碳材料促进了电荷分离与转移，使2% C-g-C₃N₄的光电流密度达到纯g-C₃N₄的2倍。该研究为开发高效、储量丰富的无金属光电极提供了重要参考。