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Oxygen vacancy-rich CoMoO4/Carbon nitride S-scheme heterojunction for boosted photocatalytic H2 production: Microstructure regulation and charge transfer mechanism

材料科学 异质结 光催化 X射线光电子能谱 纳米棒 氮化碳 制氢 分解水 石墨氮化碳 化学工程 光电子学 纳米技术 光化学 催化作用 化学 有机化学 工程类
作者
Jiani Qin,Yanli Dong,Xiaojuan Lai,Bo Su,Bao Pan,Chuanyi Wang,Sibo Wang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:198: 176-185 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2024.02.032
摘要

Developing highly efficient S-scheme photocatalysts is a subject of immense interest for harnessing solar energy towards sustainable hydrogen production. Herein, a novel S-scheme heterojunction of oxygen vacancy-rich CoMoO4/CN (CMO/CN) photocatalyst was rationally constructed through loading CoMoO4 nanorods on carbon nitride (CN) nanosheets via a direct one-pot calcination method. The CMO/CN S-scheme heterojunction exhibited enhanced surface area, fine CN dispersion, rich oxygen vacancies, and accelerated charge separation/transfer efficiency, which were conducive to improving photocatalytic H2 evolution performance. Of note, the optimal 3%CMO/CN sample displayed the highest H2 production rate of 8.35 mmol g−1 h−1, which is 4.6 folds that of pristine CN. In situ irradiated X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electron paramagnetic resonance (EPR) characterizations confirmed the S-scheme charge transfer path between CN and CMO, which greatly promoted spatial charge separation. Density functional theory (DFT) calculations together with contact angle tests revealed the reduced activation energies for H2O dissociation and enhanced hydrophilicity of the CMO/CN. The CMO/CN photocatalysts also presented high stability and fine reusability. This work may provide insights into the combination of defect engineering and heterojunction designing for high-efficiency solar-to-chemical energy conversion.
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