Hierarchical Self-assembly of Well-Defined Louver-Like P-Doped Carbon Nitride Nanowire Arrays with Highly Efficient Hydrogen Evolution

材料科学 纳米线 纳米结构 纳米技术 成核 氢键 模板 自组装 超分子化学 氮化碳 光催化 结晶学 晶体结构 化学 分子 催化作用 生物化学 有机化学
作者
Bo Li,Yuan Si,Qian Fang,Ying Shi,W. Huang,Wangyu Hu,Anlian Pan,Xiaoxing Fan,Guohe Huang
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (1) 被引量:37
标识
DOI:10.1007/s40820-020-0399-1
摘要

Abstract Self-assembled nanostructure arrays integrating the advantages of the intrinsic characters of nanostructure as well as the array stability are appealing in advanced materials. However, the precise bottom-up synthesis of nanostructure arrays without templates or substrates is quite challenging because of the general occurrence of homogeneous nucleation and the difficult manipulation of noncovalent interactions. Herein, we first report the precisely manipulated synthesis of well-defined louver-like P-doped carbon nitride nanowire arrays (L-PCN) via a supramolecular self-assembly method by regulating the noncovalent interactions through hydrogen bond. With this strategy, CN nanowires align in the outer frame with the separation and spatial location achieving ultrastability and outstanding photoelectricity properties. Significantly, this self-assembly L-PCN exhibits a superior visible light-driven hydrogen evolution activity of 1872.9 μmol h −1 g −1 , rendering a ~ 25.6-fold enhancement compared to bulk CN, and high photostability. Moreover, an apparent quantum efficiency of 6.93% is achieved for hydrogen evolution at 420 ± 15 nm. The experimental results and first-principles calculations demonstrate that the remarkable enhancement of photocatalytic activity of L-PCN can be attributed to the synergetic effect of structural topology and dopant. These findings suggest that we are able to design particular hierarchical nanostructures with desirable performance using hydrogen-bond engineering.

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