Band alignment of homojunction by anchoring CN quantum dots on g-C3N4 (0D/2D) enhance photocatalytic hydrogen peroxide evolution

同质结 材料科学 光催化 量子点 锚固 异质结 光化学 过氧化氢 光电子学 纳米技术 化学 催化作用 有机化学 结构工程 工程类
作者
Peijie Ma,Xu Zhang,Cong Wang,Zhiwei Wang,Kaiwen Wang,Yibo Feng,Jiaxing Wang,Yadi Zhai,Jiguang Deng,Lihua Wang,Kun Zheng
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:300: 120736-120736 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120736
摘要

Polymeric carbon nitride (C 3 N 4 ) is a very attractive candidate to produce photocatalytic hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) due to its low-cost, metal-free characteristics. However, the low efficiency would limit its development to higher yields because of insufficient light absorption and electron-hole separation. Here, we developed a simple method to anchor CN quantum dots (QDs) onto g-C 3 N 4 nanosheets to form a homojunction structure (HJ-C 3 N 4 ), which could improve photocatalytic performance largely without introducing metal elements. Its superior efficiency is a result of the band alignment by the homojunction structure providing excellent electron-hole separation and QDs providing suppressed recombination. Simultaneously, the light responsiveness of QDs endows a wide spectrum-responsive adsorption and enhances the adsorption intensity. The H 2 O 2 yield of the HJ-C 3 N 4 reached 115 μmol L −1 h −1 in pure water by visible light, which has an 8.6x higher production than g-C 3 N 4 nanosheets. The material design of 0D/2D homojunction could be extended to other materials with specific band alignment. • Homojunction structure via 0D/2D configuration exhibits an excellent e − -h + separation ability. • Type-I band in CN system promotes the full use of wide-spectrum absorption extending the absorption edge to nearly 600 nm. • In pure water by visible light (λ > 400 nm), H 2 O 2 yield increases by 8.6 times reaching 115 μmol L −1 h −1 . • The defect energy levels contributed by oxygen-terminal functional groups in QDs can suppress the carriers recombination.
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