Construction of TiO2/g-C3N5 S-Scheme Heterojunction for Enhanced Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants: DFT Calculation and Mechanism Study

污染物 降级(电信) 光催化 机制(生物学) 异质结 材料科学 化学工程 环境科学 化学 光化学 环境化学 光电子学 物理 工程类 电子工程 催化作用 有机化学 量子力学
作者
Yufei Zhang,Sile Liu,Chuan Tian,Wenwen Hong,Yue Han,Congna Lv,Minghao Liu,Qiuyue Hu
出处
期刊:International Journal of Environmental Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (3) 被引量:8
标识
DOI:10.1007/s41742-025-00746-2
摘要

Abstract The g-C3N5 has been widely used in the field of environmental remediation because of its narrow band gap energy and good visible light absorption. It is an excellent semiconductor photocatalytic material, but the recombination of photogenerated carriers greatly limits the photocatalytic performance of g-C3N5. Construction of heterojunctions is an efficient method to regulate the band gap structure, which can achieve efficient separation of photogenerated carriers and improve photocatalytic performance. In this study, the TiO2/g-C3N5 heterojunction materials with high specific surface area were constructed, and the S scheme charge transfer mechanism led to efficient photogenerated carrier separation, excellent redox activity, improved visible light absorption and broadened spectral response range. After visible light irradiation for 30 minutes, the TiO2/g-C3N5 (1:2) showed excellent photocatalytic activity, and the degradation rate of sulfamethylthiazole (STZ) reached 98.8%. STZ was degraded to small inorganic molecules such as H2O, CO2 and inorganic acids by a complex bond-breaking hydroxylation reaction under the attack of reactive groups such as ·O2−,·OH and h+. The S scheme charge transfer mechanism of TiO2/g-C3N5 heterojunction material was proposed through band potential analysis and density functional function (DFT) calculation.
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