ساخت نانوكامپوزيت g-C3N4/Au به عنوان فتوكاتاليست براي توليد گاز هيدروژن

Synthesis of g-C3N4/Au nanocomposite as a photocatalyst for hydrogen generation

در تحقيق حاضر نانو صفحات g-C3N4 تهيه شد و اثر عمليات حرارتي دو مرحله اي بر روي ساختار و خواص فوتوكاتاليستي آن بررسي شد. سپس اين ماده با نانو ذرات طلا به روش رسوب نوري پوشش داده شد و كامپوزيت حاصل مورد بررسي قرار گرفت. همچنين توانايي فوتوكاتاليستي ماده حاصل براي توليد گاز هيدروژن با استفاده از شبيه ساز نور خورشيد و آب مورد مطالعه قرار گرفت. مشخصه يابي پودرهاي سنتز شده با استفاده از تكنيك‌هاي مختلفي مانند پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ الكتروني عبوري، آناليز سطح ويژه و طيف‌سنجي فرابنفش-مرئي انجام شد. پراش پرتو ايكس نشان داد كه g-C3N4 كريستاله تشكيل شده است و نظم ساختار اين ماده پس از دو مرحله عمليات حرارتي كاهش مي يابد. علاوه بر اين پراش پرتو ايكس رسوب گذاري موفق طلا را بر روي كربن نيتريد گرافيته تاييد مي كند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني عبوري نشان داده نانو ذرات طلا داراي اندازه ذرات حدود 8 نانومتر مي باشند. بررسي طيف جذبي فرابنفش- مرئي پودرهاي سنتز شده نشان داد پس از دو مرحله عمليات حرارتي شكاف نواري نمونه ها افزايش مي يابد و حضور نانوذرات طلا، جذب در منطقه نور مرئي را با كمك پديد رزونانس پلاسمونيك سطحي افزايش مي دهد. سطح ويژه نمونه ها پس از دو مرحله عمليات حرارتي و پس از اعمال پوشش با نانو ذرات طلا به ترتيب از 4.2 به 15.7 و 29.3 متر مربع بر گرم افزايش يافت. نمونه كربن نيتريد گرافيته دو بار عمليات حرارتي شده و پوشش داده شده با نانو ذرات طلا قادر به توليد گاز هيدروژن تحت نور خورشيد و در حدود 1128 ميكرومول بر ساعت بر گرم مي باشد. در پايان مكانيزم فوتوكاتاليستي سيستم ساخته شده براي توليد گاز هيدروژن بحث شد.

In this study, g-C3N4 was prepared and the effects of two-step heat treatment on its structure and photocatalytic properties were investigated. This material was then coated with gold nanoparticles by light deposition method and the composite was examined. The photocatalytic activity of the synthesized materials was also studied for hydrogen generation using sunlight and water. Characterization of the synthesized powders was carried out using various techniques such as X-ray diffraction, transmitted electron microscopy TEM, surface area analysis (BET) and ultraviolet-visible spectrometry (UV-Vis). X-ray diffraction showed that graphitic carbon nitride has a crystalline structure and its crystallinity is reduced after two stages of thermal treatment which is due to oxidation of graphitic carbon nitride. In addition, X-ray diffraction confirms the successful sedimentation of gold on graphitic carbon nitride. Transmission electron microscopy images show gold nanoparticles having particle size of about 8 nm. The study of UV-Visible absorption spectra of the synthesized powders showed that after two stages of heat treatment, the band gap of the samples increased and the presence of gold nanoparticles increased the light absorption in the visible light region via the surface plasmon resonance phenomenon. The specific surface area of the samples after two steps heat treatment and after applying of the gold nanoparticles increased from 4.2 to 15.7 and 29.3 m2/g, respectively. Graphitic carbon nitride with two steps heat treatment and coated with gold nanoparticles produced about 1128 μmol g-1 h-1 under sunlight. The photocatalytic mechanism of the system for the production of hydrogen gas was discussed.