Fabrication of α-Fe2O3 Nanoparticles/g-C3N4 Direct Z-Scheme Heterojunction of Durable Photocatalytic Activity

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作者
Alejandro Galán‐González,Isaías Fernández,Nestor J. Zaluzec,Sofie Cambré,Raúl Arenal,Ana M. Benito,Wolfgang K. Maser
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (18): 9364-9375
标识
DOI:10.1021/acsanm.5c00991
摘要

The fabrication of a nanohybrid photocatalyst that combines α-Fe2O3 nanoparticles with graphitic carbon nitride (g-C3N4) is reported. The ensuing direct Z-scheme heterojunction greatly boosts the photocatalytic activity of the α-Fe2O3/g-C3N4 nanohybrids. This results in organic dye degradation rates more than two times higher than its individual components, promoted by the efficient charge separation and transfer of the Z-scheme heterojunction mechanism of the nanohybrid photocatalyst. In addition, recyclability tests show an outstanding stability of the nanohybrids spanning five consecutive dye degradation experiments, during which the degradation rate is slightly improved. The origin of the improved photocatalytic performance of the nanohybrid lies in the intimate interaction between α-Fe2O3 and g-C3N4 afforded by the two-step fabrication process, which enables the direct and controlled growth of α-Fe2O3 nanoparticles on g-C3N4. A first ultrasound impregnation step promotes the effective anchoring of stable Fe species via Fe-N and C-N/C-O bonding, while a second microwave phase conversion step induces the subsequent growth of α-Fe2O3 nanoparticles on the g-C3N4 sheets. Careful control of the FeCl3 precursor concentration up to a threshold value of 0.25 M during impregnation enables complete control over their size and phase. This approach clearly highlights the benefits of microwave reactor systems in the fabrication of hematite-based Z-scheme photocatalytic, overcoming the limitations of conventional thermal treatment technology.
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