Boosting the Photocatalytic H2 Evolution and Benzylamine Oxidation using 2D/1D g-C3N4/TiO2 Nanoheterojunction

材料科学 异质结 光催化 密度泛函理论 载流子 分解水 苄胺 纳米线 光催化分解水 带隙 制氢 半导体 可见光谱 纳米笼 催化作用 纳米技术 光化学 光电子学 计算化学 化学 生物化学 药物化学
作者
Moumita Chandra,Utsab Guharoy,Debabrata Pradhan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (19): 22122-22137 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03230
摘要

The present research aims at the elevation of solar-to-chemical energy conversion with extortionate performance and sustainability. The nanostructured materials are revolutionizing the water splitting technology into decoupled hydrogen with simultaneous value-added organic chemical production. Yet, the bottleneck in semiconductor photocatalysis is rapid charge recombination and sluggish reaction kinetics. Herein, we demonstrate an efficient and non-noble metal-based catalyst for successful redox reaction with a theoretical modeling through density functional theory (DFT) study. Implementing this robust approach on 2D/1D ultrathin g-C3N4 nanosheets and TiO2 nanowires heterojunction, we achieved H2 production of 5.1 mmol g-1 h-1 with apparent quantum efficiency of 7.8% under visible light illumination and 93% of benzylamine conversion to N-benzylidene benzylamine in situ. The interface of 2D g-C3N4 nanosheets and 1D nanowires provide ample active sites and extends the visible light absorption with requisite band edge position for the separation of photoinduced charge carriers with superior stability. The electronic properties, band structure, and stability of the heterojunction are further investigated via DFT calculations which corroborate the experimental results and in good agreement for the enhanced activity of the heterojunction.
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