g-C3N4/TiO2 Mesocrystals Composite for H2 Evolution under Visible-Light Irradiation and Its Charge Carrier Dynamics

光催化 材料科学 石墨氮化碳 载流子 辐照 复合数 可见光谱 光化学 飞秒 光电子学 复合材料 光学 催化作用 化学 有机化学 物理 核物理学 激光器
作者
Ossama Elbanna,Mamoru Fujitsuka,Tetsuro Majima
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (40): 34844-34854 被引量:189
标识
DOI:10.1021/acsami.7b08548
摘要

The photocatalytic performance of graphitic carbon nitride (g-C3N4) has been limited to low efficiency due to fast charge recombination. Here, we constructed g-C3N4 nanosheets/TiO2 mesocrystals metal-free composite (g-C3N4 NS/TMC) to promote the efficiency of charge separation. The photocatalytic H2 evolution experiments indicate that coupling g-C3N4 NS with TMC increases photogenerated charge carriers in g-C3N4 NS/TMC composite due to efficient charge separation. g-C3N4 NS (31 wt %)/TMC shows the highest photocatalytic activity and the corresponding H2 evolution rate is 3.6 μ mol h–1. This value is 20 times larger than that of g-C3N4 NS without any noble metal cocatalyst under visible-light irradiation (λ > 420 nm). The photocatalytic activity of g-C3N4 NS/TMC (3.6 μmol h–1) is 7 times higher than that of g-C3N4 NS/P25 (0.5 μ mol h–1), confirming the importance of strong interface interaction between two-dimensional g-C3N4 NS and plate-shape TMC. Femtosecond time-resolved diffuse reflectance (fs-TDR) was employed to study the fundamental photophysical processes of bulk g-C3N4, g-C3N4 NS, and g-C3N4/TMC composite which are essential to explain the photocatalytic activity. Using fs-TDR, we demonstrate that the photocatalytic activity depends on the increased driving force for photoinduced electron transfer and a higher percentage of photogenerated charges.
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