Near‐Field Drives Long‐Lived Shallow Trapping of Polymeric C3N4 for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution

光催化 材料科学 激发态 光化学 异质结 俘获 化学物理 制氢 光电子学 催化作用 原子物理学 物理 化学 有机化学 生物 生态学
作者
Wenchao Wang,Xueqin Bai,Qing Ci,Lili Du,Xingang Ren,David Lee Phillips
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (35) 被引量:97
标识
DOI:10.1002/adfm.202103978
摘要

Abstract Undesired photoelectronic dormancy through active species decay is adverse to photoactivity enhancement. An insufficient extrinsic driving force leads to ultrafast deep charge trapping and photoactive species depopulation in carbon nitride (g‐C 3 N 4 ). Excitation of shallow trapping in g‐C 3 N 4 with long‐lived excited states opens up the possibility of pursuing high‐efficiency photocatalysis. Herein, a near‐field‐assisted model is constructed consisting of an In 2 O 3 ‐cube/g‐C 3 N 4 heterojunction associated with ultrafast photodynamic coupling. This In 2 O 3 ‐cube‐induced near‐field assistance system provides catalytic “hot areas”, efficiently enhances the lifetimes of excited states and shallow trapping in g‐C 3 N 4 and this favors an increased active species density. Optical simulations combined with time‐resolved transient absorption spectroscopy shows there is a built‐in charge transfer and the active species lifetimes are longer in the In 2 O 3 ‐cube/g‐C 3 N 4 hybrid. Besides these properties, the estimated overpotential and interfacial kinetics of the In 2 O 3 ‐cube/g‐C 3 N 4 hybrid co‐promotes the liquid phase reaction and also helps in boosting the photocatalytic performance. The photocatalytic results exhibit a tremendous improvement (34‐fold) for visible‐light‐driven hydrogen production. Near‐field‐assisted long‐lived active species and the influences of trap states is a novel finding for enhancing (g‐C 3 N 4 )‐based photocatalytic performance.
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