Constructing Highly Uniform Onion-Ring-like Graphitic Carbon Nitride for Efficient Visible-Light-Driven Photocatalytic Hydrogen Evolution

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作者
Lifeng Cui,Jialing Song,Allister F. McGuire,Shifei Kang,Xueyou Fang,Junjie Wang,Chaochuang Yin,Xi Li,Yangang Wang,Bianxiao Cui
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 5551-5558 被引量:239
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b01271
摘要

The introduction of microstructure to the metal-free graphitic carbon nitride (g-C3N4) photocatalyst holds promise in enhancing its catalytic performance. However, producing such microstructured g-C3N4 remains technically challenging due to a complicated synthetic process and high cost. In this study, we develop a facile and in-air chemical vapor deposition (CVD) method that produces onion-ring-like g-C3N4 microstructures in a simple, reliable, and economical manner. This method involves the use of randomly packed 350 nm SiO2 microspheres as a hard template and melamine as a CVD precursor for the deposition of a thin layer of g-C3N4 in the narrow space between the SiO2 microspheres. After dissolution of the microsphere template, the resultant g-C3N4 exhibits uniquely uniform onion-ring-like microstructures. Unlike previously reported g-C3N4 powder morphologies that show various degrees of agglomeration and irregularity, the onion-ring-like g-C3N4 is highly dispersed and uniform. The calculated band gap for onion-ring-like g-C3N4 is 2.58 eV, which is significantly narrower than that of bulk g-C3N4 at 2.70 eV. Experimental characterization and testing suggest that, in comparison with bulk g-C3N4, onion-ring-like g-C3N4 facilitates charge separation, extends the lifetime of photoinduced carriers, exhibits 5-fold higher photocatalytic hydrogen evolution, and shows great potential for photocatalytic applications.
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