Iron-Doped Carbon Nitride-Type Polymers as Homogeneous Organocatalysts for Visible Light-Driven Hydrogen Evolution

材料科学 氮化碳 光催化 电子转移 分解水 石墨氮化碳 碳纤维 化学工程 催化作用 光化学 纳米技术 有机化学 化学 复合数 工程类 复合材料
作者
Linfeng Gao,Ting Bin Wen,Jingyin Xu,Xin-Ping Zhai,Min Zhao,Guowen Hu,Peng Chen,Qiang Wang,Hao‐Li Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (1): 617-624 被引量:153
标识
DOI:10.1021/acsami.5b09684
摘要

Graphitic carbon nitrides have appeared as a new type of photocatalyst for water splitting, but their broader and more practical applications are oftentimes hindered by the insolubility or difficult dispersion of the material in solvents. We herein prepared novel two-dimensional (2D) carbon nitride-type polymers doped by iron under a mild one-pot method through preorganizing formamide and citric acid precursors into supramolecular structures, which eventually polycondensed into a homogeneous organocatalyst for highly efficient visible light-driven hydrogen evolution with a rate of ∼16.2 mmol g(-1) h(-1) and a quantum efficiency of 0.8%. Laser photolysis and electrochemical impedance spectroscopic measurements suggested that iron-doping enabled strong electron coupling between the metal and the carbon nitride and formed unique electronic structures favoring electron mobilization along the 2D nanomaterial plane, which might facilitate the electron transfer process in the photocatalytic system and lead to efficient H2 evolution. In combination with electrochemical measurements, the electron transfer dynamics during water reduction were depicted, and the earth-abundant Fe-based catalyst may open a sustainable strategy for conversion of sunlight into hydrogen energy and cope with current challenging energy issues worldwide.
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