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S-Scheme Heterostructured CdS/g-C3N4 Nanocatalysts for Piezo-Photocatalytic Synthesis of H2O2

纳米材料基催化剂 催化作用 单线态氧 异质结 光催化 材料科学 光化学 分解水 纳米技术 化学工程 纳米颗粒 氧气 化学 光电子学 有机化学 工程类
作者
Pham Duc Minh Phan,Nguyen Duc Viet,Nguyen Hoai Anh,Huynh Phuoc Toan,Pho Phuong Ly,Dai‐Phat Bui,Seung Hyun Hur,Ung Thi Dieu Thuy,Danh Bich,Hoai‐Thanh Vuong
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (18): 16702-16715 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c02933
摘要

Sustainability in catalysis is increasingly becoming the primary target in academic and industrial studies. Regarding the material perspective, designing heterojunction nanocatalysts to produce small molecules, such as hydrogen peroxide (H2O2), has been an attractive research theme in recent decades. Nonetheless, most reported materials suffer from a complicated synthetic process with various steps and using unbenign solvents, hindering practical applications on an industrial scale. This study proposed a facile one-step way to fabricate heterostructured CdS/g-C3N4 nanocatalysts to produce H2O2 from water and oxygen under light and ultrasound irradiation. The results showed that the formation of H2O2 mainly relies on oxygen radical species. Oxygen is initially converted into superoxide via excited electrons from CdS, followed by the formation of singlet oxygen from the oxidation process in g-C3N4 sites. Interestingly, the formation of H2O2 in an inert atmosphere is associated with the in situ evolution of oxygen from water oxidation due to the suitable electronic band position of g-C3N4 to drive multioxidation reactions. Charge transfer characterizations illustrate the S-scheme mechanism in the catalytic process, giving a better understanding of the charge transportation phenomenon, thus providing a critical pathway in designing and developing heterojunction materials for catalysis with easier catalyst preparation and operation processes.
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