Linkage effect in the bandgap-broken V2O5-GdCrO3 heterojunction by carbon allotropes for boosting photocatalytic H2 production

异质结 材料科学 带隙 光催化 半导体 石墨烯 无定形碳 载流子 电子转移 光电子学 无定形固体 纳米技术 光化学 催化作用 化学 结晶学 有机化学
作者
Jingwei Li,Zhengyi Huang,Cong Wang,Lei Tian,Yang Xiao-qing,Rongfu Zhou,Mohamed Nawfal Ghazzal,Zhao‐Qing Liu
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:340: 123181-123181 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123181
摘要

Refining carrier transfer in bandgap-broken heterojunctions, which consist of two semiconductors with broken bandgaps, is crucial yet highly challenging for photocatalysis. Herein, we incorporated amorphous carbons (AC) into the bandgap-broken V2O5/GdCrO3 heterojunctions, inducing a linkage effect to facilitate photoexcited carrier transfer. The created V-O-C and Cr-O-C bonds in V2O5-AC-GdCrO3 interfaces show almost identical orbital energies to overcome the broken-gap energy barriers at interfaces. The holes at GdCrO3’s valence band and electrons at V2O5’s conduction band tent to migrating toward the carbon ring of amorphous carbon via Cr-O-C and V-O-C bonds, thereby enhancing carrier separation of bandgap-broken V2O5/AC/GdCrO3 heterojunction. By controlling the relative amount of metal-O-C bonds in the interface, the modulation of charge transfer kinetics was also achieved on V2O5/AC/GdCrO3, resulting in ∼7 times higher of H2 generation than V2O5/GdCrO3. The concept could be expanded to the other carbon allotropes, including graphene, carbon nanotube, and graphdiyne conjugated structures, demonstrating a universal strategy in reaching optimal charge transfer of broken-bandgap heterojunctions for photocatalytic H2 production.
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