Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 388–397
Copper-modified g-C3N4/TiO2 nanostructured photocatalysts for H2 evolution from glucose aqueous solution
Sofiya N. Kharina – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; skharina@catalysis.ru
Anna Yu. Kurenkova – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; kurenkova@catalysis.ru
Andrey A. Saraev – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; asaraev@catalysis.ru
Evgeny Yu. Gerasimov – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; gerasimov@catalysis.ru
Ekaterina A. Kozlova – Boreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, Russia; kozlova@catalysis.ru
Corresponding author: Sofiya N. Kharina, skharina@catalysis.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-3-388-397
ABSTRACT Two strategies for synthesis of copper-modified composite photocatalysts based on graphitic carbon nitride and titanium dioxide for hydrogen evolution reaction are presented. The first one is based on the mechanical dispersion of separately prepared g-C3N4 and commercial TiO2 (Evonik P25), modified with copper. Another approach is co-calcination of melamine and commercial TiO2 with subsequent modification by copper. The samples were characterized using X-ray diffraction (XRD), UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The synthesized photocatalysts were tested in hydrogen evolution from glucose aqueous solution under visible light irradiation (440 nm). The largest photocatalytic activities met 235 and 259 μmol·g-1·h-1, corresponding to the first and the second photocatalyst series, respectively. The most active photocatalyst from the first series 1 wt.% g-C3N4/1 wt.% CuOn/TiO2 maintained its hydrogen production rate during a 6-hour cyclic stability test.
KEYWORDS photocatalysis, photocatalytic H2 production, biomass photoreforming, glucose photoconversion, composite photocatalysts, titanium dioxide, graphitic carbon nitride, visible light irradiation
ACKNOWLEDGEMENTS This study was supported by Russian Science Foundation, project No. 23-73-01161. Authors thank to A. V. Zhurenok for UV-Vis spectra measurements and D.D. Mishchenko for XRD analysis.
FOR CITATION Kharina S.N., Kurenkova A.Yu., Saraev A.A., Gerasimov E.Yu., Kozlova E.A. Copper-modified g-C3N4/TiO2 nanostructured photocatalysts for H2 evolution from glucose aqueous solution. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (3), 388–397.
[In Russian] С.Н. Харина, А.Ю. Куренкова, А.А. Сараев, Е.Ю. Герасимов, Е.А. Козлова
Модифицированные медью наноструктурированные фотокатализаторы g-C3N4/TiO2 для получения водорода из водных растворов глюкозы
АННОТАЦИЯ В данной работе представлены две методики синтеза композитных фотокатализаторов на основе графитоподобного нитрида углерода и диоксида титана, модифицированных медью, для получения водорода. Первый метод основывается на механическом смешении предварительно синтезированного g-C3N4 и TiO2 (Evonik P25), модифицированного медью. Другой подход заключается в совместном прокаливании меламина и TiO2 с последующим нанесением частиц меди. Образцы охарактеризованы с помощью рентгенофазового анализа (РФА), спектроскопии диффузного отражения в УФ и видимой областях (СДО), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ ВР). Полученные фотокатализаторы протестированы в реакции выделения водорода из водных растворов глюкозы под действием видимого света (440 нм). Самые высокие значения фотокаталитической активности равны 235 и 259 мкмоль·g-1·h-1 для фотокатализаторов из первой и второй серии, соответственно. Наиболее активный фотокатализатор из первой серии сохраняет начальную скорость выделения водорода в течение 6 часов циклических испытаний.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА фотокатализ, фотокаталитическое получение H2, фоториформинг биомассы, фотоконверсия глюкозы, композитные фотокатализаторы, диоксид титана, графитоподобный нитрид углерода, видимое излучение
