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

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作者
Haitao Wang,Jizhou Jiang,Lianglang Yu,Jiahe Peng,Zhanqian 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) 被引量:37
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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