Breaking through water-splitting bottlenecks over carbon nitride with fluorination

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作者
Ji Wu,Zhonghuan Liu,Xinyu Lin,Enhui Jiang,Shuai Zhang,Pengwei Huo,Yan Yan,Peng Zhou,Yongsheng Yan
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34848-8
摘要

Graphitic carbon nitride has long been considered incapable of splitting water molecules into hydrogen and oxygen without adding small molecule organics despite the fact that the visible-light response and proper band structure fulfills the proper energy requirements to evolve oxygen. Herein, through in-situ observations of a collective C = O bonding, we identify the long-hidden bottleneck of photocatalytic overall water splitting on a single-phased g-C3N4 catalyst via fluorination. As carbon sites are occupied with surface fluorine atoms, intermediate C=O bonding is vastly minimized on the surface and an order-of-magnitude improved H2 evolution rate compared to the pristine g-C3N4 catalyst and continuous O2 evolution is achieved. Density functional theory calculations suggest an optimized oxygen evolution reaction pathway on neighboring N atoms by C-F interaction, which effectively avoids the excessively strong C-O interaction or weak N-O interaction on the pristine g-C3N4.
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