DFT Study on Sulfur-Doped g-C 3 N 4 Nanosheets as a Photocatalyst for CO 2 Reduction Reaction

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作者
Yuelin Wang,Yu Tian,Li‐Kai Yan,Zhong‐Min Su
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:122 (14): 7712-7719 被引量:279
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b00098
摘要

Graphitic carbon nitride (g-C 3 N 4 ) can be used as a photocatalyst to reduce CO 2 . Doping is an efficient strategy for improving the photocatalytic activity and tuning the electronic structure of g-C 3 N 4 . The sulfur-doped g-C 3 N 4 (S-doped g-C 3 N 4 ) as a promising photocatalyst for CO 2 reduction was investigated by density functional theory methods. The electronic and optical properties indicate that doping S enhances the catalytic performance of g-C 3 N 4 . From the reduction Gibbs free energies, the optimal path for CO 2 reduction reaction to CH 3 OH production catalyzed by S-doped g-C 3 N 4 is CO 2 → COOH* → CO → HCO* → HCHO → CH 3 O* → CH 3 OH. In comparison with g-C 3 N 4, doping S can alter the rate-determining step and reduce the Gibbs free energy from 1.43 to 1.15 eV. CO 2 reduction activity of S-doped g-C 3 N 4 is better than that of g-C 3 N 4, which is in well agreement with the experimental results. Our work provides useful insights into designing nonmetal-doped g-C 3 N 4 for photocatalytic CO 2 reduction reactions.
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