Constructing van der Waals Heterogeneous Photocatalysts Based on Atomically Thin Carbon Nitride Sheets and Graphdiyne for Highly Efficient Photocatalytic Conversion of CO2 into CO

范德瓦尔斯力 材料科学 异质结 光催化 石墨氮化碳 吸附 纳米技术 氮化碳 化学物理 光电子学 催化作用 分子 物理化学 化学 有机化学
作者
Yong Wang,Yu Zhang,Yongmei Wang,Chengxin Zeng,Mei Sun,Dingyi Yang,Ke Cao,Hongzhe Pan,Yizhang Wu,Hong Liu,Rusen Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (34): 40629-40637 被引量:56
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11081
摘要

Atomically thin two-dimensional (2D) carbon nitride sheets (CNs) are attracting attention in the field of photocatalytic CO2 reduction. Because of the rapid recombination of photogenerated electron–hole pairs and limited more active sites, the photocatalytic efficiency of CNs cannot meet the actual requirements. Here, atomically thin 2D/2D van der Waals heterostructures of metal-free graphdiyne (GDY)/CNs are fabricated through a simple electrostatic self-assembly method. Experimental characterizations along with first-principles calculations show that the introduction of GDY in CNs promoted the transport of photogenerated carriers in the melon chain, thus suppressing the recombination of photogenerated electron–hole pairs. Both in situ FTIR measurements and DFT calculation confirm that the introduced GDY served as the CO2 adsorption site and enhanced the CO2 adsorption capacity of the CNs/GDY heterostructure. Thanks to the 2D/2D van der Waals heterojunction, the optimized CNs/GDY enhances significantly the CO generation rate up to 95.8 μmol g–1 that is 19.2-fold higher than that of CNs. This work provides a viable approach for the design of metal-free van der Waals heterostructure-based photocatalysts with high catalytic activity.
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