DFT Study on Regulating the Electronic Structure and CO2 Reduction Reaction in BiOBr/Sulphur-Doped G-C3N4 S-Scheme Heterojunctions

异质结 兴奋剂 密度泛函理论 光催化 材料科学 电场 吸收(声学) 还原(数学) 光电子学 纳米技术 化学 催化作用 计算化学 物理 复合材料 有机化学 几何学 量子力学 数学
作者
Xingang Fei,Liuyang Zhang,Jiaguo Yu,Bicheng Zhu
出处
期刊:Frontiers in nanotechnology [Frontiers Media]
卷期号:3 被引量:57
标识
DOI:10.3389/fnano.2021.698351
摘要

Photocatalytic CO 2 reduction is a promising method to mitigate the greenhouse effect and energy shortage problem. Development of effective photocatalysts is vital in achieving high photocatalytic activity. Herein, the S-scheme heterojunctions composed by BiOBr and g-C 3 N 4 with or without S doping are thoroughly investigated for CO 2 reduction by density functional theory (DFT) calculation. Work function and charge density difference demonstrate the existence of a built-in electric field in the system, which contributes to the separation of photogenerated electron-hole pairs. Enhanced strength of a built-in electric field is revealed by analysis of Bader charge and electric field intensity. The results indicate that S doping can tailor the electronic structures and thus improve the photocatalytic activity. According to the change in absorption coefficient, system doping can also endow the heterojunction with increased visible light absorption. The in-depth investigation indicates that the superior CO 2 reduction activity is ascribed to low rate-determining energy. And both of the heterojunctions are inclined to generate CH 3 OH rather than CH 4 . Furthermore, S doping can further reduce the energy from 1.23 to 0.44 eV, indicating S doping is predicted to be an efficient photocatalyst for reducing CO 2 into CH 3 OH. Therefore, this paper provides a theoretical basis for designing appropriate catalysts through element doping and heterojunction construction.
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