Optimized hot electron injection from Cu nanoparticles to S-doped C3N4by the formed S–Cu bonds for an enhanced photocatalytic performance

光催化 材料科学 石墨氮化碳 催化作用 纳米颗粒 氮化碳 表面等离子共振 氢键 兴奋剂 光化学 纳米技术 化学工程 分子 化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Qixiao Gai,Shoutian Ren,Xiaochun Zheng,Wenjun Liu,Quanli Dong
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (12): 7521-7530 被引量:9
标识
DOI:10.1039/d1cp05743j
摘要

Low-cost and high-abundance Cu nanostructures are potential near-infrared (NIR) surface plasmonic resonance (SPR) photosensitizers for carbon nitride (C3N4) photocatalysts, but their low activity and stability need to be improved. In this article, doping S into C3N4 (S-C3N4) creates anchoring sites for photo-deposited Cu nanoparticles (NPs), and the spontaneous construction of S-Cu bonds is realized between S-C3N4 and Cu NPs. The optimal hydrogen evolution rate of 1.64 mmol g-1 h-1 is obtained for S-C3N4-Cu, which is 5.5, 4.6 and 1.7 times that of pure C3N4, S-C3N4 and S-C3N4-Cu, respectively. With further loading of a Pt co-catalyst to confirm the role of Cu NPs and improve the photocatalytic activity of the SCN-Cu, the photocatalytic rate can reach up to 14.34 mmol g-1 h-1. Due to the NIR SPR effect of Cu NPs, the apparent quantum efficiency (AQE) of S-C3N4-Cu at 600 and 765 nm is 2.02% and 0.47%, respectively. The enhanced photocatalytic performance of S-C3N4-Cu compared with C3N4-Cu is mainly due to the introduced S-Cu bonds that improve the injection rate of hot electrons. This solution provides a simple and efficient interface optimization strategy for the construction of efficient NIR-driven photocatalysts.
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