Anchoring movable Ag2CO3 quantum dots on g-C3N4 with rich oxygen vacancies for enhanced simulated-sunlight CO2 reduction in water medium

光催化 煅烧 量子点 密度泛函理论 氧气 催化作用 材料科学 氧化还原 化学 光化学 化学工程 纳米技术 无机化学 计算化学 工程类 有机化学
作者
Shijie Qiu,Hongliang Hao,Liu Zhao,Yanfang Li,Xuezhang Liu,Tingzhi Liu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:330: 125330-125330 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.125330
摘要

Z- scheme Ag2CO3 quantum dots (QDs) decorated g-C3N4 photocatalysts (g-C3N4/Ag2CO3, CA) with rich interface oxygen vacancies (Ov) were prepared by calcination and precipitation method. The highest yields of photocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) over 15 mg of photocatalysts are 7.006 (CO, CA4) and 8.039 μmol·g−1 (CH4, CA3) for 5 h under simulated sunlight irradiation, respectively. The yields in CA composites are 1.90, 1.46 (CO) and 1.85, 1.60 (CH4) times higher than those of pristine g-C3N4 and Ag2CO3, respectively. When the amount of the photocatalysts increases to 30 mg, the yield of CA4 is 17.158 μmol·g−1 (CO). According to density functional theory (DFT) calculations, the key roles of Ov are the decrease of Gibbs-free energy for *COOH and interface binding energy. The Ov of Ag2CO3 QDs exhibit an electron capture effect, and the electrons can be extracted and transferred to surface active sites via synergistic effect of a rich Ov and Ag interface channel (Ag-Ov-Ag-N pathway). Furthermore, rich Ov Ag2CO3 QDs can move, rotate and disperse on g-C3N4 (0 0 2) surface through the relaxation and formation of interface Ag-N bonds during CO2RR process. The structure reconstruction of Ag2CO3 QDs on g-C3N4 not only improves the uniformity of Ag2CO3 QDs, but also exhibits a positive influence on photocatalytic efficiency. The DFT results also reveal optimized Lewis sites and possible kinetic CO2RR pathways for CO and CH4, respectively. The CO2RR pathways are CO2 ∼ *COOH ∼ *CO ∼ *+CO and CO2 ∼ *COOH ∼ *CO ∼ *CHO ∼ *CH2O ∼ *CH3O ∼ *CH4 ∼ *+CH4, respectively. The work provides a novel photocatalytic mode via a self-adjusting behavior of QDs to improve photocatalytic activity.
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