High Efficiency Photocatalytic Water Splitting Using 2D α‐Fe2O3/g‐C3N4 Z‐Scheme Catalysts

分解水 材料科学 光催化 剥脱关节 催化作用 瓶颈 量子效率 纳米技术 光电子学 计算机科学 石墨烯 生物化学 嵌入式系统 化学
作者
Xiaojie She,Jingjie Wu,Hui Xu,Jun Zhong,Yan Wang,Yanhua Song,Kaiqi Nie,Yang Liu,Yingchao Yang,Marco‐Tulio F. Rodrigues,Róbert Vajtai,Jun Lou,Daolin Du,Huaming Li,Pulickel M. Ajayan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (17) 被引量:747
标识
DOI:10.1002/aenm.201700025
摘要

Photocatalysis is the most promising method for achieving artificial photosynthesis, but a bottleneck is encountered in finding materials that could efficiently promote the water splitting reaction. The nontoxicity, low cost, and versatility of photocatalysts make them especially attractive for this application. This study demonstrates that small amounts of α‐Fe 2 O 3 nanosheets can actively promote exfoliation of g‐C 3 N 4 , producing 2D hybrid that exhibits tight interfaces and an all‐solid‐state Z‐scheme junction. These nanostructured hybrids present a high H 2 evolution rate >3 × 10 4 µmol g ‐1 h ‐1 and external quantum efficiency of 44.35% at λ = 420 nm, the highest value so far reported among the family of g‐C 3 N 4 photocatalysts. Besides effectively suppressing the recombination of electron–hole pairs, this Z‐scheme junction also exhibits activity toward overall water splitting without any sacrificial donor. The proposed synthetic route for controlled production of 2D g‐C 3 N 4 ‐based structures provides a scalable alternative toward the development of highly efficient and active photocatalysts.
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