Two-dimensional g-C3N4/TiO2 nanocomposites as vertical Z-scheme heterojunction for improved photocatalytic water disinfection

异质结 石墨氮化碳 光催化 纳米复合材料 材料科学 复合数 化学工程 纳米技术 催化作用 光电子学 化学 复合材料 生物化学 工程类
作者
Yue Liu,Xiangkang Zeng,Xiaoyi Hu,Jian Hu,Zhouyou Wang,Yichun Yin,Chenghua Sun,Xiwang Zhang
出处
期刊:Catalysis Today [Elsevier BV]
卷期号:335: 243-251 被引量:112
标识
DOI:10.1016/j.cattod.2018.11.053
摘要

Abstract Developing highly active photocatalysts towards effective microorganism inactivation is a green and energy-smart strategy in response to the growing demands to water quality under the background of the water crisis. Here, a vertical face-to-face heterojunction is fabricated by horizontally assembling TiO2 nanosheets with {001} facets exposed on graphitic carbon nitride (g-C3N4) sheets through a facile hydrothermal driving coupling. The vertical heterojunction could almost completely disinfect 103 CFU/mL E. coli within 30 min under solar light, which is more efficient than the physically mixed composite and pure g-C3N4 and TiO2. The two-dimensional (2D) morphology provides ample surface area in forming the vertical heterojunction and enables intimate contact which is advantageous to charge transfer between g-C3N4 and TiO2. A Z-scheme charge transportation mechanism is confirmed through band structure analysis and reactive species (RSs) probing and trapping experiments. In comparison with physically mixed composite and the single-phase counterparts, the nanocomposite based on a Z-scheme electron transfer mode effectively prompts charge pair dissociation and subsequently encourages bacterial inactivation by boosting the generation of RSs. The constructing vertical Z-scheme heterojunction highlights the potential of 2D nanomaterials for accelerated water sterilization.
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