A Promoted Charge Separation/Transfer System from Cu Single Atoms and C3N4 Layers for Efficient Photocatalysis

材料科学 光催化 氮化碳 催化作用 选择性 三聚氰胺 铜 氮化物 光化学 纳米技术 有机化学 复合材料 化学 冶金 图层(电子)
作者
Xudong Xiao,Yanting Gao,Liping Zhang,Jiachen Zhang,Qun Zhang,Qi Li,Hongliang Bao,Jing Zhou,Shu Miao,Ning Chen,Jian‐Qiang Wang,Baojiang Jiang,Chungui Tian,Honggang Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (33): e2003082-e2003082 被引量:512
标识
DOI:10.1002/adma.202003082
摘要

Establishing highly effective charge transfer channels in carbon nitride (C3 N4 ) for enhancing its photocatalytic activity is still a challenging issue. Herein, for the first time, the engineering of C3 N4 layers with single-atom Cu bonded with compositional N (CuNx ) is demonstrated to address this challenge. The CuNx is formed by intercalation of chlorophyll sodium copper salt into a melamine-based supramolecular precursor followed by controlled pyrolysis. Two groups of CuNx are identified: in one group each of Cu atoms is bonded with three in-plane N atoms, while in the other group each of Cu atoms is bonded with four N atoms of two neighboring C3 N4 layers, thus forming both in-plane and interlayer charge transfer channels. Importantly, ultrafast spectroscopy has further proved that CuNx can greatly improve in-plane and interlayer separation/transfer of charge carriers and in turn boost the photocatalytic efficiency. Consequently, the catalyst exhibits a superior visible-light photocatalytic hydrogen production rate (≈212 µmol h-1 /0.02 g catalyst), 30 times higher than that of bulk C3 N4 . Moreover, it leads to an outstanding conversion rate (92.3%) and selectivity (99.9%) for the oxidation of benzene under visible light.
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