Preparation of two-dimensional mesoporous Ta3N5 by utilizing a biological template for enhanced photocatalytic hydrogen production

光催化 材料科学 渗氮 介孔材料 氮化物 分解水 制氢 光催化分解水 离子 带隙 化学工程 纳米技术 催化作用 光电子学 图层(电子) 有机化学 化学 工程类
作者
Qing Yang,Yunfeng Li,Zhiling Xia,Wei Chang,Yan Xing
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (15): 22297-22304 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.04.234
摘要

The design and development of efficient nitride photocatalysts have attracted much attention. Herein, two-dimensional mesoporous Ta3N5 is successfully synthesized through a simple sol-gel process with filter paper as a biological template and a combination of vacuum nitriding reactions. The prepared Ta3N5 shows a wide light response range up to the near infrared (NIR) region due to the nitrogen vacancies generated from substitution of N3− for O2− ions during vacuum nitridation. Significantly, such a narrow bandgap (∼1.99 eV) still satisfies the redox potential of water splitting in thermodynamics. The experimental results show that the Ta3N5 photocatalyst exhibits an enhanced hydrogen production rate of 34.6 μmol h−1 g−1, which is 3.9 and 2.1 times higher than that of Ta2O5 and partial nitridation of Ta2O5 (N–Ta2O5), respectively. This enhanced photocatalytic performance could be attributed to the high specific surface area to provide reactive active sites, substitution of N3− for O2− ions to optimize the band structure, and special two-dimensional mesoporous structure to shorten the charge transfer distance. This work provides a new perspective for the preparation of two-dimensional nitride materials by a biological template method combining vacuum nitriding with enhanced photocatalytic performance.
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