Doping-induced enhancement of crystallinity in polymeric carbon nitride nanosheets to improve their visible-light photocatalytic activity

结晶度 光催化 材料科学 罗丹明B 甲基橙 氮化碳 可见光谱 化学工程 载流子 掺杂剂 催化作用 纳米技术 光化学 兴奋剂 化学 有机化学 光电子学 工程类 复合材料
作者
Yuanyuan Li,Bing‐Xin Zhou,Hua-Wei Zhang,Shao‐Fang Ma,Wei‐Qing Huang,Wei Peng,Wangyu Hu,Gui‐Fang Huang
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (14): 6876-6885 被引量:147
标识
DOI:10.1039/c9nr00229d
摘要

Structural defects can greatly inhibit electron transfer in two-dimensional (2D) layered polymeric carbon nitride (CN) unit, seriously lowering its utilization ratio of photogenerated charges during photocatalysis. Herein, we propose a new strategy based on intra-melon hydrogen bonding interactions in 2D CN frameworks to improve the crystallinity of CN. This concept was validated by removing some amino groups and connecting melon using codoped B and F atoms via a simple one-step sodium fluoroborate-assisted thermal treatment. The enhancement in crystallinity effectively promoted exciton dissociation and charge transfer in the CN nanosheets. Furthermore, the B/F dopants also improved the separation of photogenerated carriers by promoting charge capture. The highly efficient visible-light photocatalytic activity of the crystalline B/F-codoped CN nanosheets was demonstrated by degrading methyl orange, Rhodamine B, colorless phenol and tetracycline hydrochloride as models, where their degradation rate constant was more than 10, 5, 32 and 3 times higher than that of pure CN, respectively. Moreover, the B/F-codoped CN exhibited an excellent photoelectrocatalytic performance for the oxygen evolution reaction (OER), outperforming the precious-metal IrO2 catalyst. The simple and effective strategy proposed herein provides a direct route to engineer high crystallinity in 2D materials for tunable charge carrier separation and migration for electronic and optoelectronic applications.

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