Hierarchical Porous O‐Doped g‐C3N4 with Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction Activity

材料科学 光催化 带隙 化学工程 纳米管 石墨氮化碳 催化作用 锐钛矿 碳纳米管 纳米技术 兴奋剂 介孔材料 光电子学 有机化学 化学 工程类
作者
Junwei Fu,Bicheng Zhu,Chuanjia Jiang,Bei Cheng,Wei You,Jiaguo Yu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:13 (15) 被引量:1123
标识
DOI:10.1002/smll.201603938
摘要

Artificial photosynthesis of hydrocarbon fuels by utilizing solar energy and CO 2 is considered as a potential route for solving ever‐increasing energy crisis and greenhouse effect. Herein, hierarchical porous O‐doped graphitic carbon nitride (g‐C 3 N 4 ) nanotubes (OCN‐Tube) are prepared via successive thermal oxidation exfoliation and curling‐condensation of bulk g‐C 3 N 4 . The as‐prepared OCN‐Tube exhibits hierarchically porous structures, which consist of interconnected multiwalled nanotubes with uniform diameters of 20–30 nm. The hierarchical OCN‐Tube shows excellent photocatalytic CO 2 reduction performance under visible light, with methanol evolution rate of 0.88 µmol g −1 h −1 , which is five times higher than bulk g‐C 3 N 4 (0.17 µmol g −1 h −1 ). The enhanced photocatalytic activity of OCN‐Tube is ascribed to the hierarchical nanotube structure and O‐doping effect. The hierarchical nanotube structure endows OCN‐Tube with higher specific surface area, greater light utilization efficiency, and improved molecular diffusion kinetics, due to the more exposed active edges and multiple light reflection/scattering channels. The O‐doping optimizes the band structure of g‐C 3 N 4 , resulting in narrower bandgap, greater CO 2 affinity, and uptake capacity as well as higher separation efficiency of photogenerated charge carriers. This work provides a novel strategy to design hierarchical g‐C 3 N 4 nanostructures, which can be used as promising photocatalyst for solar energy conversion.
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