Exfoliation method matters: The microstructure-dependent photoactivity of g-C3N4 nanosheets for water purification

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作者
Menglu Zhang,Yu Yang,Xiaoqiang An,Jingjing Zhao,Yueping Bao,Li’an Hou
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:424: 127424-127424 被引量:109
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.127424
摘要

Exfoliation of carbon nitride (g-C3N4) into an ultrathin nanostructure significantly improves its photoactivity. However, the effects of the exfoliation method on the microstructure and photocatalytic performance of g-C3N4 nanosheets remain largely unknown. Herein, several typical strategies, such as thermal, chemical, ultrasonic and one-step exfoliation, were applied to exfoliate g-C3N4 nanosheets for photocatalytic applications. A procedure capable of controlling the morphology, microstructure, light-absorption property, and visible light photoactivity of g-C3N4 nanosheets was attempted. We found that nanosheets prepared from one-step exfoliation present superior photocatalytic efficiency under visible light than those fabricated by thermal exfoliation and ultrasonic exfoliation. The kinetic constants for bisphenol A (BPA) photodegradation over these samples were determined to be 6.5, 4.5 and 2.3 times higher than bulk g-C3N4, respectively. For chemical exfoliation, excessive oxidation by H2SO4 can lead to the structural defects and deactivation of urea-derived g-C3N4 nanosheets. Carbon nitride nanosheets synthesized by one-step exfoliation exhibited high specific surface area, optimal band gap energy structure, and high charge separation efficiency, thereby increasing visible-light photoactivity. Enabling cost-effective production of ultrathin and robust g-C3N4 nanosheets, one-step exfoliation offers a potential strategy to exploit high-performance g-C3N4 for water purification applications.
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