Tuning the strength of built-in electric field in 2D/2D g-C3N4/SnS2 and g-C3N4/ZrS2 S-scheme heterojunctions by nonmetal doping

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作者
Bicheng Zhu,Haiyan Tan,Jiajie Fan,Bei Cheng,Jiaguo Yu,Wingkei Ho
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier BV]
卷期号:7 (5): 988-997 被引量:125
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2021.02.015
摘要

Single photocatalysts usually exhibit unsatisfactory performance due to the serious recombination of photogenerated electron‒hole pairs. Combining two photocatalysts to construct S-scheme heterojunction could solve this problem. In S-scheme mechanism, the interfacial built-in electric field (IEF) provides a vital driving force for efficient charge separation. Modifying the IEF is a feasible strategy to further improve the photocatalytic activity. Herein, a novel idea of tuning the strength of IEF in 2D/2D graphitic carbon nitride (g-C3N4)/MS2 (M = Sn, Zr) S-scheme heterojunctions by nonmetal doping was developed by employing density functional theory calculation. Three nonmetal elements (O, P, and S) were severally introduced into g-C3N4/MS2 composites. Charge density difference suggested that O and S doping led to increased interfacial electron transfer, while P doping had minimal influence. As expected, the calculated field strength of O- and S-doped g-C3N4/MS2 composites was significantly larger than that of pristine and P-doped g-C3N4/MS2 composites. Therefore, O and S doping endowed g-C3N4/MS2 S-scheme heterojunctions with enhanced IEF and more thorough charge transfer. Correspondingly, the experimentally synthesized O-C3N4/SnS2 composite exhibited better photocatalytic H2-production activity than g-C3N4/SnS2 composite. This work proposed an original idea of employing proper nonmetal doping to magnify the advantage of S-scheme heterojunction in accelerating charge separation.
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