Ni-NiS助催化劑用于提高C/ZnO納米纖維光催化還原CO2

DOI: 10.1039/C9NR10451H

利用太陽能將CO2光催化還原為有價值的碳氫化合物燃料是一種很有前途的碳利用策略。本文通過在C/ZnO電紡納米纖維上原位光沉積致密的Ni-NiS納米片，制備了一種Ni-NiS/C/ZnO復合光催化劑。X射線光電子能譜證實了金屬Ni和NiS的存在。光致發光（PL）和時間分辨PL光譜表明，Ni-NiS共催化劑提高了C/ZnO納米纖維的電荷分離效率。制備的Ni-NiS/C/ZnO在350 W可見光照射下，CO2還原活性提高，其CO和CH4的生成速率分別是原始C/ZnO的10倍和15倍。用原位傅里葉變換紅外光譜法檢測了CH3O-、HCHO和HCOO-的中間產物，證實了CO2還原是一個復雜的多步反應。13C同位素示蹤法證明，CH4和CO是由CO2還原而來，而不是由環境中的其它碳物種還原而來。C/ZnO中的無定形碳能促進光吸收，提高導電性，降低界面電荷傳輸阻力。NiS改善了C/ZnO納米纖維的電子空穴對分離。光催化活性的提高主要歸功于光的利用率和有效的電子-空穴分離。這項工作證明NiS是一種很有前途的用于光催化還原二氧化碳的ZnO助催化劑。

圖1.（a）C-Z和（b）C-ZNNS60的FESEM圖像。插圖：相應的放大圖像。（c） C-ZNNS60的TEM和（d）HRTEM圖像。（e）C-ZNNS60的EDX元素圖。

圖2.商用氧化鋅、C-Z、C-ZNNS60和NNS的紫外-可見漫反射光譜。

圖3.（a）C-Z、NNS、C-ZNNS20、C-ZNNS60和C-ZNNS120的N2吸附-解吸等溫線和孔徑分布曲線（插圖）。（b）NNS、C-Z和C-ZNNS60的CO2吸附等溫線。

圖4.（a）C-Z和C-ZNNS60的XPS全掃描光譜。C-Z和C-ZNNS60的（b）Zn 2p，（c）O 1s，（c）Ni 2p和（d）S 2p的高分辨XPS光譜。

圖5.（a）C-Z的Mott-Schottky曲線。（b）商業氧化鋅、C-Z、C-ZNNS60和NNS的奈奎斯特圖。

圖6.（a）所有樣品的光催化二氧化碳還原性能。（b）C-ZNNS60的CO和CH4質譜。（c）CO和CH4產率的循環CO2還原曲線（350 W，NaHCO3=1 mmol）。

圖7.C-ZNNS60的原位FTIR光譜：（a）在無CO2和H2O的條件下，在黑暗中吸附CO2和H2O（b）30 min和（c）60 min，在光照下吸附（d）30 min和（e）60 min。

圖8.（a）C-Z、C-ZNNS20、C-ZNNS60和C-ZNNS120的光致發光光譜。（b） C-Z、NNS和C-ZNNS60的時間分辨PL光譜。

圖9.NiS/C/ZnO中光生電子轉移路徑示意圖。