Precisely Tailoring Nitrogen Defects in Carbon Nitride for Efficient Photocatalytic Overall Water Splitting.

材料科学 光催化 石墨氮化碳 分解水 氮化碳 氮化物 化学工程 氮气 光催化分解水 催化作用 制氢 可见光谱
作者
Qiqi Zhang,Xin Chen,Zhongshan Yang,Tao Yu,Liu Lequan,Jinhua Ye
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.1c19638
摘要

Precisely tailoring the nitrogen defects has been verified to be a promising approach for promoting the photocatalytic efficiency of C3N4. Herein, two-coordinated-N vacancies are selectively introduced into the C3N4 framework by a facile Cl- modification method, whereas its concentration can be facilely tuned by varying Cl- usage in the process of thermal polymerization. Impressively, the optimal defective C3N4 (20 mg) exhibited superior hydrogen and oxygen evolution rates of 48.2 and 21.8 μmol h-1, respectively, in photocatalytic overall water splitting and an apparent quantum efficiency of 6.9% at 420 nm, the highest of reported single-component C3N4 photocatalysts for overall water splitting. Systematic studies including XPS, DFT simulations, and NEXAFS reveal that Cl- modification preferentially facilitates the introduction of two-coordinated-N vacancies through tuning the formation energy and promotes charge carrier separation efficiency, thereby greatly enhancing the photocatalytic efficiency. This work allows for a viable approach to rationally designing defective C3N4 for efficient photocatalysis.
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