開發(fā)用于金屬誘導(dǎo)光催化，有效和成本低廉的催化劑中，Cu是有前途的候選者。高度期望而又巨大的挑戰(zhàn)是穩(wěn)定的銅基光催化劑的制備，并且希望探索其在光催化氫氣釋放和光降解中的應(yīng)用。在這項研究中，超薄石墨烯包覆的金屬銅納米粒子（NPs）是通過使用MOFs作為前體的兩步熱解工藝制備的，即使在氧化氣氛中也顯示出突出的穩(wěn)定性。得益于納米結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后Cu@C/SrTiO
3光催化H
2釋放速率為255.3 µmol·g
-1·h
-1，表觀量子效率（AQE）在420 nm下達(dá)到3.8％。在可見光下，Cu@C/SrTiO
3的丙酮分解速率比光催化異丙醇（IPA）降解中的Cu/STO快約21倍。此外，石墨烯層表現(xiàn)出準(zhǔn)助催化劑作用。時間分辨的光致發(fā)光和理論計算表明，超薄石墨烯層可促進(jìn)電荷分離并引起Cu@C上電子密度的重新分布，從而明顯促進(jìn)H
2的釋放。這項工作提供了一種保護(hù)銅納米顆粒的有效方法，并為探索光催化轉(zhuǎn)化中非貴重的銅基納米復(fù)合材料提供了廣闊的前景。
Figure 1. Cu@C納米結(jié)構(gòu)合成的示意圖。
Figure 2. （a）Cu@C/STO結(jié)構(gòu)的HRTEM圖像。（b）從50多個顆粒中計算出的粒徑分布直方圖。平均粒徑為2.8nm。（c）Cu@C/STO的ACTEM圖像。（d）樣品Cu@C/STO（放大的選擇區(qū)域）中的Cu納米顆粒的ACTEM圖像。
Figure 3. （a）Cu/STO、Cu@C/STO和Au/STO的光催化H
2釋放速率。（b）3％Cu/STO、3％Cu@C/STO的光催化H
2釋放性能，用于存儲穩(wěn)定性測試。
Figure 4. 在可見光（λ>400 nm）下，3％Cu/STO和3％Cu@C/STO的丙酮和CO
2釋放率
Figure 5. 3％Cu/STO和3％Cu@C/STO在不使用助劑的水溶液中，在可見光照射下（λ>400 nm）的光催化H
2析出速率。
Fig. 6 模擬的差分電荷密度說明了具有不同G厚度的電子分布的變化：（a）0層，（b）單層，（c）雙層。
相關(guān)研究成果于2020年由天津大學(xué)Lequan Liua和Jinhua Ye課題組，發(fā)表在Chemical Engineering Journal（doi.org/10.1016/j.cej.2020.124558）上。原文：Ultrathin graphene encapsulated Cu nanoparticles: A highly stable and efficient catalyst for photocatalytic H
2 evolution and degradation of isopropanol。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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