Micron-Scale Vertical MoS2/Porous g-C3N4 Piezocatalyst via a Precursor’s Supramolecular Self-Template Architecture: Degradation and Hydrogen Evolution

材料科学 降级(电信) 多孔性 超分子化学 比例(比率) 纳米技术 化学工程 结晶学 晶体结构 复合材料 有机化学 计算机科学 工程类 物理 化学 电信 量子力学
作者
Yimeng Wang,Hecheng Ma,Jianjun Liu,Yingchun Yu,Shengli Zuo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (41): 55325-55342
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10981
摘要

Piezocatalysis can effectively harvest various kinds of mechanical energy with high entropy from the environment and drive some redox reactions without light irradiation, where MoS2- and g-C3N4-based piezocatalysts are recent research hotspots. This study constructs an architecture of ordered melamine hydrochloride-cyanuric acid/MoO42- supramolecular precursor via self-assembly, serving as a self-template for in situ tight growth of vertically aligned micron-scale MoS2 on porous foam-like g-C3N4(CMx) under S vapor with a bioinspired rooting and sprouting-like process. Experiments, DFT calculations, and finite element simulations collectively confirm the high piezoresponse of the CMx with high exposure of active sites and enhanced mechanical energy collection. The vertical interfaces and built-in electric fields in the composite induce efficient charge carrier separation and transfer. The optimized CM0.77 efficiently degrades various organic dyes and antibiotic under dark ultrasound [rhodamine B (RhB): 0.47 s-1, methyl orange (MO): 0.05 s-1, methylene blue (MB): 0.21 s-1, and tetracycline hydrochloride (TC): 0.03 s-1] and achieves hydrogen evolution (2431 μmol·g-1·h-1). Under simulated water flow (10 L/min), the expanded CM0.77/Al2O3 porous foam ceramic (CM/alumina ceramic) purifier device degrades 95% of 400 mL of RhB within 25 min. The developed ordered vertical MoS2/g-C3N4 piezocatalyst demonstrates rapid pollutant degradation and efficient hydrogen evolution under water flow and ultrasound, providing new insights for constructing multidimensional piezoelectric composites for environmental remediation and clean energy production.
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