Electronic and energy level structural engineering of graphitic carbon nitride nanotubes with B and S co-doping for photocatalytic hydrogen evolution

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作者
Zhao Mo,Zhihuan Miao,Pengcheng Yan,Peipei Sun,Guanyu Wu,Xingwang Zhu,Cheng Ding,Qiang Zhu,Yucheng Lei,Hui Xu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:645: 525-532 被引量:82
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.123
摘要

The ideal photocatalyst used for photocatalytic water splitting requires strong light absorption, fast charge separation/transfer ability and abundant active sites. Heteroatom doping offers a promising and rational approach to optimize the photocatalytic activity. However, achieving high photocatalytic performance remains challenging if just relying on single-element doping. Herein, Boron (B) and sulfur (S) dopants are simultaneously introduced into graphitic carbon nitride (g-C3N4) nanotubes by supramolecular self-assembly strategy. The developed B and S co-doped g-C3N4 nanotubes (B,S-TCN) exhibited an outstanding photocatalytic performance in the conversion of H2O into H2 (9.321 mmol g-1h-1), and the corresponding external quantum efficiency (EQE) reached 5.3% under the irradiation of λ = 420 nm. It is well evidenced by the closely combined experimental and (density functional theory) DFT calculations: (1) the introduction of B dopants can facilitate H2O adsorption and drive interatomic electron transfer, leading to efficient water splitting reaction. (2) S dopants can stretch the VB position to promote the oxidation ability of g-C3N4, which can accelerate the consumption of holes and thus inhibit the recombination with electrons. (3) the simultaneous introduction of B and S can engineer the electronic and energy level structural of g-C3N4 for optimizing interior charge transfer. Finally, the purpose of maximizing photocatalytic performance is achieved.
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