Fast Photoelectron Transfer in (Cring)–C3N4 Plane Heterostructural Nanosheets for Overall Water Splitting

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作者
Wei Che,Weiren Cheng,Tao Yao,Fumin Tang,Wei Liu,Hui Su,Yuanyuan Huang,Qinghua Liu,Jinkun Liu,Fengchun Hu,Zhiyun Pan,Zhihu Sun,Shiqiang Wei
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (8): 3021-3026 被引量:701
标识
DOI:10.1021/jacs.6b11878
摘要

Direct and efficient photocatalytic water splitting is critical for sustainable conversion and storage of renewable solar energy. Here, we propose a conceptual design of two-dimensional C3N4-based in-plane heterostructure to achieve fast spatial transfer of photoexcited electrons for realizing highly efficient and spontaneous overall water splitting. This unique plane heterostructural carbon ring (Cring)–C3N4 nanosheet can synchronously expedite electron–hole pair separation and promote photoelectron transport through the local in-plane π-conjugated electric field, synergistically elongating the photocarrier diffusion length and lifetime by 10 times relative to those achieved with pristine g-C3N4. As a result, the in-plane (Cring)–C3N4 heterostructure could efficiently split pure water under light irradiation with prominent H2 production rate up to 371 μmol g–1 h–1 and a notable quantum yield of 5% at 420 nm.
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