Sea-urchin-structure g-C3N4 with narrow bandgap (˜2.0 eV) for efficient overall water splitting under visible light irradiation

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作者
Yunxiong Zeng,Hao Li,Jinming Luo,Jili Yuan,Longlu Wang,Chengbin Liu,Yingchun Xia,Meijun Liu,Shenglian Luo,Tao Cai,Su Liu,John C. Crittenden
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:249: 275-281 被引量:121
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2019.03.010
摘要

A broad bandgap and detrimental recombination of photoexcited h+-e− pairs are fatal deficiencies for using the g-C3N4 visible light water splitting. Herein, a sea-urchin-structure g-C3N4 (CNSC) with ∼2.0 eV bandgap was prepared using a hydrothermal strategy. It is important to note that CNSC can efficiently suppress h+-e− pair recombination and has a narrow bandgap which can utilize more visible light. Conventional g-C3N4 has a ∼2.7 eV bandgap and valence band (VB) potential of +1.83 V vs. NHE but the VB of CNSC is +1.55 V. As a result, CNSC does not create H2O2, which can passivate g-C3N4. Density functional theory (DFT) confirms that CN, CO, and OH groups in the CNSC shift the d-band centre of Pt closer to Fermi level, leading to better stabilization of adsorbate and higher catalytic performance. Photo-depositing Pt on the CNSC, 3 wt% Pt/CNSC produces H2 and O2 evolution rate (HER and OER) of 41.5 and 20.3 μmol g-1 h-1 (apparent quantum efficiency: 0.43% at 420 ± 10 nm), respectively, 30 times greater than HER of 2 wt% Pt/bulk g-C3N4 in overall water splitting under visible-light (λ ≥ 420 nm). This work provides an innovative approach to construct hierarchical nanostructure g-C3N4 with narrow bandgap and paves the pathway for development of water splitting photocatalysts.
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