Bridging and bonding: Zinc and potassium co-assisted crystalline g-C3N4 for significant highly efficient upon photocatalytic hydrogen evolution

光催化 氢键 密度泛函理论 量子产额 带隙 离子 材料科学 空位缺陷 吸收边 化学 催化作用 纳米技术 光化学 结晶学 计算化学 有机化学 光电子学 分子 光学 物理 荧光
作者
Yizhang Wu,Wei Xu,W Niandu,Zhaokun Wang,Yong Wang,Yu Zhang,Wei Zhong,Hong‐Ling Cai,Xingcai Wu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:542: 148620-148620 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148620
摘要

Abstract Cation-assisted method typifies a common means of improving photocatalysis efficiency. However, it is difficult to create a superior breakthrough in hydrogen evolution recently. In this work, we exhibit dramatically enhanced lighting harvest in a Zn2+ and K+ synergetic modulating g-C3N4 crystal, due to that its absorption edge is tuned from 460 nm for g-C3N4 to visible-light region (582 nm), as well as the bandgap is reduced to 2.13 eV. The density functional theory (DFT) calculations reveal that K+ ions construct the “ion-bridge” between perpendicular interlayers, and Zn2+ ions prefer to occupy the vacancy of π-π conjugate planes of the tri-s-triazine, creating the “bonding” between hybridized sp2 orbitals. “Bridging and Bonding” jointly endow this as-prepared material a gorgeous lattice fringe, a stable structure and a superior photocatalytic activity. The efficient hydrogen evolution of the modified g-C3N4 co-doped with Zn2+ and K+ reveals is about 45.5 times of that of pristine g-C3N4, and the apparent quantum yield (AQY) is about of 0.52% at 540 nm, which is 8.7 times higher than that of g-C3N4. It is anticipated that this work will break the deadlock in hydrogen evolution photocatalysis and broaden novel horizons on the g-C3N4-based application.

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