The present work elucidates the synthesis of metal sulfide/carbon nitride composites and their application in photocatalytic hydrogen generation with Pt as co-catalyst in the presence of triethanolamine or lactic acid as sacrificial reductants. However, the formation mechanism of photogenerated charge carriers as well as their separation and transfer during the photocatalytic reaction is still not clear, though its complete understanding is inevitable in order to tune the photocatalytic properties for achieving high photocatalytic H2 production efficiency. For this reason, different strategies were employed to synthesize metal sulfide/carbon nitride heterojunction composites choosing AgIn5S8 and MoS2 as sulfides. Subsequently, these materials have been investigated in photocatalytic H2 production and their crystal structure, optical properties, chemical composition and microstructure were analyzed by XRD, UV-vis-DRS, ATR-IR, XPS and HAADF-STEM. Moreover, photoluminescence (PL) and in situ electron paramagnetic resonance (in situ-EPR) spectroscopy were applied for monitoring charge separation and transfer. AgIn5S8 enhances the stability of the composite during the reaction due to preferential deposition of Pt on this phase. Also, electrons were transferred from the carbon nitride via the sulfide to Pt. MoS2 induces a light-shielding effect so that only the careful deposition of thin layers via photodeposition led to an improved catalyst for photocatalytic hydrogen production.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Synthese von Metallsulfid/Kohlenstoffnitrid-Kompositen und ihre Anwendung in der photokatalytischen Wasserstofferzeugung unter Verwendung von Platin als Co-Katalysator und Triethanolamin oder Milchsäure als Opferagensien. Jedoch ist der Bildungsmechanismus der durch Licht erzeugten Ladungsträger sowie deren Trennung und Transfer während der photokatalytischen Reaktion noch immer nicht klar. Ein umfängliches Verständnis darüber ist aber für die Anpassung und Optimierung der photokatalytischen Eigenschaften unabdingbar, um eine hohe Effizienz in der photokatalytischen Wasserstofferzeugung erreichen zu können. Deshalb wurden verschiedene Strategien zur Synthese von Metallsulfid/Kohlenstoffnitrid-Heteroübergangskompositen unter Verwendung der Sulfide AgIn5S8 and MoS2 gewählt. Diese Materialien wurden dann in der photokatalytischen Wasserstofferzeugung untersucht und ihre Kristallinität, optischen Eigenschaften, chemische Zusammensetzung sowie Mikrostruktur mittels XRD, UV-vis-DRS, ATR-IR, XPS und HAADF-STEM analysiert. Darüberhinaus wurden Photolumineszenz (PL) und in situ-Elektronenspinresonanz¬spektroskopie (in situ-EPR) zur Beobachtung der Ladungstrennung und des Ladungstransfers angewendet. AgIn5S8 erhöht infolge der bevorzugten Abscheidung von Platin auf dieser Phase die Stabilität des entsprechenden Komposits während der Reaktion. Außerdem werden die Elektronen vom Kohlenstoffnitrid über das Sulfid zum Platin transferiert. MoS2 induziert einen Abschirmeffekt gegenüber Licht, so dass nur die vorsichtige Photoabscheidung dünner Schichten zu einem verbesserten Katalysator für die photokatalytische Wasserstofferzeugung führte.