Tailoring Advanced N‐Defective and S‐Doped g‐C3N4 for Photocatalytic H2 Evolution

光催化 材料科学 兴奋剂 催化作用 化学工程 纳米技术 环境化学 化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Haitao Wang,Jizhou Jiang,Lianglang Yu,Jiahe Peng,Zhou Song,Zhiguo Xiong,Neng Li,Kun Xiang,Jing Zou,Jyh‐Ping Hsu,Tianyou Zhai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (28): e2301116-e2301116 被引量:116
标识
DOI:10.1002/smll.202301116
摘要

Abstract Although challenges remain, synergistic adjusting various microstructures and photo/electrochemical parameters of graphitic carbon nitride (g‐C 3 N 4 ) in photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) are the keys to alleviating the energy crisis and environmental pollution. In this work, a novel nitrogen‐defective and sulfur‐doped g‐C 3 N 4 (S‐g‐C 3 N 4 ‐D) is designed elaborately. Subsequent physical and chemical characterization proved that the developed S‐g‐C 3 N 4 ‐D not only displays well‐defined 2D lamellar morphology with a large porosity and a high specific surface area but also has an efficient light utilization and carriers‐separation and transfer. Moreover, the calculated optimal Gibbs free energy of adsorbed hydrogen (ΔG H* ) for S‐g‐C 3 N 4 ‐D at the S active sites is close to zero (≈0.24 eV) on the basis of first‐principle density functional theory (DFT). Accordingly, the developed S‐g‐C 3 N 4 ‐D catalyst shows a high H 2 evolution rate of 5651.5 µmol g −1 h −1 . Both DFT calculations and experimental results reveal that a memorable defective g‐C 3 N 4 /S‐doped g‐C 3 N 4 step‐scheme heterojunction is constructed between S‐doped domains and N‐defective domains in the structural configuration of S‐g‐C 3 N 4 ‐D. This work exhibits a significant guidance for the design and fabrication of high‐efficiency photocatalysts.
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