Supercritical CH3OH-Triggered Isotype Heterojunction and Groups in g-C3N4 for Enhanced Photocatalytic H2 Evolution

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作者
Liuhao Mao,Binjiang Zhai,Jinwen Shi,Xin Kang,Bingru Lu,Yanbing Liu,Cheng Cheng,Hui Jin,Éric Lichtfouse,Liejin Guo
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (21): 13939-13949 被引量:102
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c03922
摘要

The structure tuning of bulk graphitic carbon nitride (g-C3N4) is a critical way to promote the charge carriers dynamics for enhancing photocatalytic H2-evolution activity. Exploring feasible post-treatment strategies can lead to effective structure tuning, but it still remains a great challenge. Herein, a supercritical CH3OH (ScMeOH) post-treatment strategy (250-300 °C, 8.1-11.8 MPa) is developed for the structure tuning of bulk g-C3N4. This strategy presented advantages of time-saving (less than 10 min), high yield (over 80%), and scalability due to the enhanced mass transfer and high reactivity of ScMeOH. During the ScMeOH post-treatment process, CH3OH molecules diffused into the interlayers of g-C3N4 and subsequently participated in N-methylation and hydroxylation reactions with the intralayers, resulting in a partial phase transformation from g-C3N4 into carbon nitride with a poly(heptazine imide)-like structure (Q-PHI) as well as abundant methyl and hydroxyl groups. The modified g-C3N4 showed enhanced photocatalytic activity with an H2-evolution rate 7.2 times that of pristine g-C3N4, which was attributed to the synergistic effects of the g-C3N4/Q-PHI isotype heterojunction construction, group modulation, and surface area increase. This work presents a post-treatment strategy for structure tuning of bulk g-C3N4 and serves as a case for the application of supercritical fluid technology in photocatalyst synthesis.
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