Synthesis of a Visible‐Light‐Responsive Perovskite SmTiO2N Bifunctional Photocatalyst via an Evaporation‐Assisted Layered‐Precursor Strategy

材料科学 光催化 分解水 双功能 氮化物 可见光谱 钙钛矿(结构) 化学工程 带隙 介孔材料 催化作用 无机化学 纳米技术 光化学 光电子学 有机化学 工程类 化学 图层(电子)
作者
Yunfeng Bao,Shiwen Du,Yu Qi,Gao Li,Peng Zhang,Guosheng Shao,Fuxiang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (31): e2101883-e2101883 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202101883
摘要

Development of visible-light-responsive oxynitride photocatalysts has been highly inspired for promising solar-to-chemical conversion, but the number of Ti-based oxynitrides is scarce because of the relatively low thermal stability of Ti4+ ions under ammonia flow. Here, the feasible synthesis of a novel perovskite SmTiO2 N from the layered NaSmTiO4 precursor is demonstrated to exhibit wide visible-light response with a bandgap of ≈2.1 eV and to show effective water reduction and oxidation functionalities under visible-light irradiation. The successful preparation mainly results from the synergistic effect of the layered structure of NaSmTiO4 and the evaporation spillover of Na+ ions, both of which are favorable for ammonia diffusion to accelerate the substitution of nitrogen to oxygen atoms and to shorten the nitridation time. The thermodynamic and kinetic feasibility of SmTiO2 N for water splitting are investigated in detail, and its optimal apparent quantum efficiency (AQE) of water oxidation reaches 16.7% at 420 ± 10 nm, higher by far than that of most previous visible-light-responsive photocatalysts. Interestingly, a series of oxynitrides RTiO2 N (R = La, Pr, Nd) are similarly synthesized by the alkali-metal evaporation-assisted layered-precursor strategy, demonstrating its generality to prepare visible-light-responsive (oxy)nitride photocatalysts containing reducible metals for solar energy conversion.
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