A Promoted Charge Separation/Transfer System from Cu Single Atoms and C3N4 Layers for Efficient Photocatalysis

材料科学 光催化 氮化碳 催化作用 选择性 三聚氰胺 氮化物 Atom(片上系统) 光化学 纳米技术 有机化学 复合材料 化学 冶金 计算机科学 嵌入式系统 图层(电子)
作者
Xudong Xiao,Yanting Gao,Liping Zhang,Jiachen Zhang,Qun Zhang,Qi Li,Hongliang Bao,Jing Zhou,Shu Miao,Ning Chen,Jian‐Qiang Wang,Baojiang Jiang,Chungui Tian,Honggang Fu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (33) 被引量:386
标识
DOI:10.1002/adma.202003082
摘要

Establishing highly effective charge transfer channels in carbon nitride (C3 N4 ) for enhancing its photocatalytic activity is still a challenging issue. Herein, for the first time, the engineering of C3 N4 layers with single-atom Cu bonded with compositional N (CuNx ) is demonstrated to address this challenge. The CuNx is formed by intercalation of chlorophyll sodium copper salt into a melamine-based supramolecular precursor followed by controlled pyrolysis. Two groups of CuNx are identified: in one group each of Cu atoms is bonded with three in-plane N atoms, while in the other group each of Cu atoms is bonded with four N atoms of two neighboring C3 N4 layers, thus forming both in-plane and interlayer charge transfer channels. Importantly, ultrafast spectroscopy has further proved that CuNx can greatly improve in-plane and interlayer separation/transfer of charge carriers and in turn boost the photocatalytic efficiency. Consequently, the catalyst exhibits a superior visible-light photocatalytic hydrogen production rate (≈212 µmol h-1 /0.02 g catalyst), 30 times higher than that of bulk C3 N4 . Moreover, it leads to an outstanding conversion rate (92.3%) and selectivity (99.9%) for the oxidation of benzene under visible light.
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